高密度高导电性锂离子正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高密度高导电性正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池。所述制备方法包括：S1，将FePO4、Li2CO3以及葡萄糖混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为1微米～5微米的第一尺寸颗粒，其中，且所述葡萄糖按总混合物质量的4％～7％；S2，将FePO4、Li2CO3以及石墨烯/碳纳米管复合物均匀混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为100纳米～400纳米的第二尺寸颗粒，其中，所述石墨烯/碳纳米管复合物按总混合物质量的0.1％～1％；S3，将所述第一尺寸颗粒与所述第二尺寸颗粒按照质量比为2：0.8～1.2的比例混合形成所述正极材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
高密度高导电性锂离子正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高密度高导电性锂离子正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是新一代的绿色高能电池，在各个领域具有广泛的作用。其中，锂离子电池的正极材料决定着锂电池的性能、价格。目前，研究应用最多的的正极材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4等。其中，磷酸铁锂正极材料具有良好的稳定性以及安全性能，逐渐成为人们研究的热点。
[0003]但是，现有的磷酸铁锂存在一个比较明显的缺点，就是其压制形成的的电极片压实密度过低以及导电性偏差，仅仅可以达到2.1
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2.3g/cm3，直接导致了由其制备的电池的能量密度偏低。为此，本专利技术提供了一种锂离子正极材料及其制备方法，可以有效解决能量密度偏低的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术是这样实现的：
[0005]一种高密度高导电性正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1，将FePO4、Li2CO3以及葡萄糖混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为1微米～5微米的第一尺寸颗粒，其中，且所述葡萄糖按总混合物质量的4％～7％；
[0007]S2，将FePO4、Li2CO3以及石墨烯/碳纳米管复合物均匀混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为100纳米～400纳米的第二尺寸颗粒，其中，所述石墨烯/碳纳米管复合物按总混合物质量的0.1％～1％；
[0008]S3，将所述第一尺寸颗粒与所述第二尺寸颗粒按照质量比为2：0.8～1.2的比例混合形成所述正极材料。
[0009]本专利技术进一步提供一种高密度高导电性正极材料，所述正极材料为根据上述的方法获得。
[0010]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的高密度高导电性正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池，通过将葡萄糖包覆LiFePO4形成大颗粒，然后在高温环境下使其裂解成石墨化的碳并均匀的包覆在磷酸铁锂颗粒表面。而，石墨烯/碳纳米管复合物会包覆在小颗粒的表面，使小颗粒表面形成多个触手状的桥联结构，该桥联结构可以与大颗粒形成良好电子传导。另外，小颗粒填充于大颗粒之间，从而可以进一步提高压实密度，其压实密度相对于现有技术可以提升20％以上。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例提供的正极材料的制备方法流程图。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0013]以下结合实施例详细阐述本专利技术的内容。
[0014]参照图1所示，本专利技术实施例提供一种高密度高导电性正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1，将FePO4、Li2CO3以及葡萄糖混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为1微米～5微米的第一尺寸颗粒，其中，且所述葡萄糖按总混合物质量的4％～7％。
[0016]在步骤S1中，所述研磨、喷雾干燥、烧结等步骤均为现有技术，在此不再累述，具体的，所述喷雾干燥的一般温度控制在220
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250℃之间；气氛烧结的一般温度控制在810
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840℃之间。另外，FePO4、Li2CO3一般按照反应配比混合，在此也不再累述。进一步的，可以通过气流破碎的强度及时间控制最终的粒径，优选的，进行气流破碎形成粒径为2微米～4微米的第一尺寸颗粒。另外，由于葡萄糖最终会产生分解均匀包覆在磷酸铁锂表面，因此，也需要对葡萄糖的总量进行优化和控制，优选的，葡萄糖按总混合物质量的5％～6％。随着葡萄糖的添加量增加，后续分解的碳壳厚度也一并增加。
[0017]S2，将FePO4、Li2CO3以及石墨烯/碳纳米管复合物均匀混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为100纳米～400纳米的第二尺寸颗粒，其中，所述石墨烯/碳纳米管复合物按总混合物质量的0.1％～1％。
[0018]在步骤S2中，所述研磨、喷雾干燥、烧结等步骤均为现有技术，在此不再累述，具体的，所述喷雾干燥的一般温度控制在220
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250℃之间；气氛烧结的一般温度控制在710
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750℃之间。另外，FePO4、Li2CO3一般按照反应配比混合，在此也不再累述。进一步的，可以通过气流破碎的强度及时间控制最终的粒径，优选的，进行气流破碎形成粒径为150纳米～200纳米的第二尺寸颗粒。另外，由于石墨烯/碳纳米管复合物为纳米级材料，其会均匀包覆在磷酸铁锂表面，因此，也需要对石墨烯/碳纳米管复合物的总量进行优化和控制，优选的，石墨烯/碳纳米管复合物按总混合物质量的0.5％～0.8％。石墨烯/碳纳米管复合物会包覆在小颗粒的表面，使小颗粒表面形成多个触手状的桥联结构，该桥联结构可以与大颗粒形成良好电子传导。
[0019]所述石墨烯/碳纳米管复合物的制备方法，具体包括：
[0020]S21，将碳纳米管粉末和石墨烯粉末混合超声分散于丙酮溶剂中，其中，所述碳纳米管粉末包括多个两端开口的碳纳米管；
[0021]S22，将所述碳纳米管粉末和石墨烯粉末过滤形成混合粉末；
[0022]S23，将所述混合粉末加热，其碳纳米管开口局部熔融与石墨烯产生复合。
[0023]在步骤S21中，可以通过强酸将碳纳米管粉末两端腐蚀开口，一方面，通过腐蚀后，碳纳米管的两端容易官能化，从而有利于分散在溶剂中；另一方面，官能化后其容易与石墨烯产生吸附。进一步的，通过碳纳米管两端开口，还可以降低后续加热熔融的温度。
[0024]所述碳纳米管与石墨烯的重量比为2～5:1。所述碳纳米管的长度可以为100纳米～1000纳米之间。优选的，所述碳纳米管的长度为500纳米～800纳米之间。
[0025]在步骤S23中，可以在惰性气氛中通过激光烧蚀或其他加热等手段，使温度达到1500℃以上，从而使碳纳米管开口局部熔融与石墨烯产生复合。在其中一个实施例中，通过激光烧蚀等方法，使温度达到1500℃以上，从而使碳纳米管开口局部熔融与石墨烯产生复合。
[0026]S3，将所述第一尺寸颗粒与所述第二尺寸颗粒按照质量比为2：0.8～1.2的比例混合形成所述正极材料。
[0027]在步骤S3中，通过将葡萄糖包覆LiFePO4形成大颗粒，然后在高温环境下使其裂解成石墨化的碳并均匀的包覆在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高密度高导电性正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将FePO4、Li2CO3以及葡萄糖混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为1微米～5微米的第一尺寸颗粒，其中，且所述葡萄糖按总混合物质量的4％～7％；S2，将FePO4、Li2CO3以及石墨烯/碳纳米管复合物均匀混合，在水介质中研磨、喷雾干燥、烧结；最后进行气流破碎形成粒径为100纳米～400纳米的第二尺寸颗粒，其中，所述石墨烯/碳纳米管复合物按总混合物质量的0.1％～1％；S3，将所述第一尺寸颗粒与所述第二尺寸颗粒按照质量比为2：0.8～1.2的比例混合形成所述正极材料。2.如权利要求1所述的高密度高导电性正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将所述第一尺寸颗粒与所述第二尺寸颗粒按照质量比为1：1.0～1.2的比例混合形成所述正极材料。3.如权利要求1所述的高密度高导电性正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于平，庄重建，王佑安，洪江彬，
申请(专利权)人：厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：