一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法技术

本申请属于新材料技术领域，公开了一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法。包括如下步骤：先制备粉末状前躯体，再加入纳米氧化铝分散液、含碳有机物进行搅拌混合，然后经过高速剪切乳化，喷雾干燥后得到粉末，最后在惰性气氛下煅烧，得到所述的磷酸铁锂正极材料。本发明专利技术所述的制备方法流程短、工艺简单、易操作，适合向工业化生产推广。合向工业化生产推广。合向工业化生产推广。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，具体涉及一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂(LiFePO4)由于安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等优点，自1997年首次发现其可逆嵌锂－脱锂特性以来就一直是锂离子电池正极材料研究开发的热点，并被公认为是最具发展潜力的锂离子动力电池正极材料之一。
[0003]LiFePO4具有橄榄石型结构，Pnma空间群，其晶格常数为a＝0.4699nm，b＝0.6011nm，c＝0.4699nm。在LiFePO4的晶体结构中，O原子呈略微扭曲的六方形紧密堆积，P占据O四面体的4c位，形成PO4四面体。Fe和Li分别占居O八面体的4c和4a位，形成FePO6和LiO6八面体，Li在4a位置形成共边的直链并与B轴平行，使得Li
+
在充放电过程中可以自由脱嵌，并且P
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O共价键的存在使得脱嵌锂的过程中不会发生剧烈的体积膨胀和收缩。
[0004]目前，LiFePO4的制备方法主要有固相法、水/溶剂热法、溶胶
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凝胶法、共沉淀法等。虽然LiFePO4已应用于商用电池，但仍存在性能问题，如离子和电子电导率低，导致LiFePO4电池低温性能和倍率性能较差，限制了LiFePO4在下一代锂离子电池中的应用。此外，多次充放电后的电池寿命问题一直是有待解决的问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：人们尝试着通过不同的制备方法来解决上述问题。本专利技术针对现有技术中的不足之处，提供了一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法。
[0006]技术方案：配置氢氧化锂溶液，然后加入磷酸，充分反应后，得到中间产物；配置硫酸铁溶液，与上述中间产物混合，进行水热反应，pH值控制在4.0～5.0，反应完全后过滤，取滤饼，洗涤干燥后破碎，球磨，得到粉末状前躯体；
[0007]取上述得到的粉末状前躯体100份，加入反应釜中，再加入纳米氧化铝分散液100
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200份，加入含碳有机物4
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5份，进行搅拌混合，同时反应釜温度控制在90～100℃之间，将混合物充分混合均匀，形成均匀的混合物，经过高速剪切乳化，喷雾干燥后得到粉末，最后在惰性气氛下煅烧，得到所述的磷酸铁锂正极材料。
[0008]具体的，所述的氢氧化锂溶液，浓度为2mol/L，溶剂为乙二醇与水的混合物。
[0009]具体的，磷酸加入速率为0.01mL/s。
[0010]具体的，所述的硫酸铁溶液，浓度为0.3mol/L。
[0011]具体的，所述水热反应温度为140～200℃，时间为4～8h。
[0012]具体的，所述的球磨为干法球磨，球磨时间为5～10小时。
[0013]具体的，所述的纳米氧化铝分散液，是将5
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10nm的氧化铝粉末分散于乙二醇与水的混合物中，氧化铝的质量占10％。本专利技术采用纳米氧化铝，可以增加材料的电极面积，提高电子传输速率，从而提高材料的导电性能。同时，采用纳米氧化铝还可以防止材料内部的微小孔隙和缺陷对电子传输的阻碍，提高材料的循环稳定性和充放电效率。
[0014]具体的，所述的含碳有机物为草酸，在合适的温度下草酸分解的碳在反应系统中呈原子级分散状态，从而可实现对合成产物的均匀包覆，并在颗粒之间形成相互连通的导电碳膜；固相合成中原位包覆的碳膜降低了磷酸铁锂颗粒的长大速度，从而有助于对正极材料颗粒尺寸的有效控制。
[0015]具体的，所述的高速剪切乳化，转速为4000～6000rpm，通过高速剪切力将浆料中的纳米级、微米级的颗粒均匀分散，同时阻止大颗粒的团聚。
[0016]具体的，所述的煅烧，煅烧温度为650～750℃，时间为5～10h。
[0017]进一步的改进，所述的球磨采用湿法球磨，球磨时间为5～10小时，球磨溶剂为乙醇、乙二醇与水的混合物、纳米氧化铝分散液中的一种，球磨后干燥，得到粉末状前躯体。优选的，选用纳米氧化铝分散液，所述纳米氧化铝分散液是将5
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10nm的氧化铝粉末分散于乙二醇与水的混合物中，氧化铝的质量占5％。
[0018]有益效果：本专利技术所述方法实现了物料的均匀混合和低温反应，有效克服了较高温度所带来的杂质增多、活性组分流失等缺陷，并且克服了碳源包覆不均匀和物料均匀性差等缺点。
[0019]采用本专利技术所述的制备方法得到的磷酸铁锂正极材料，其磷酸铁锂纳米颗粒分布均匀，拥有良好的接触条件，可形成良好的导电网络，极大地增强了磷酸铁锂材料的导电性，降低了电荷转移的阻抗，采用该制备方法制备的磷酸铁锂正极材料的性能得到改善，并且在电池的使用寿命上有明显的提升。
[0020]本专利技术所述的制备方法流程短、工艺简单、易操作，适合向工业化生产推广。
附图说明
[0021]图1为粉末状前躯体的扫描电镜图(1μm)
[0022]图2为粉末状前躯体的扫描电镜图(5μm)
[0023]图3为磷酸铁锂正极材料的扫描电镜图(1μm)
[0024]图4为磷酸铁锂正极材料的扫描电镜图(3μm)
具体实施方式
[0025]下面通过实施例对本申请的技术方案进行详细说明，但是本申请的保护范围不局限于所述实施例。
[0026]实施例1
[0027]配置浓度为2mol/L的氢氧化锂溶液(溶剂为乙二醇和水的混合物)，然后加入磷酸，磷酸的加入速率为0.01mL/s，充分反应后，得到中间产物；配置浓度为0.3mol/L的硫酸铁溶液，与上述中间产物混合，进行水热反应，所述水热反应温度为180℃，时间为6h，pH控制在4.0。反应完全后过滤，取滤饼，洗涤干燥后破碎，干法球磨8小时，得到粉末状前躯体；其扫描电镜图如图1和图2所示。
[0028]将5
‑
10nm的氧化铝粉末分散于乙二醇与水的混合物中，氧化铝的质量占10％。将上述粉末状前躯体100份，加入反应釜中，加入上述纳米氧化铝分散液200份，再加入草酸5份，进行搅拌混合，同时反应釜温度控制在90℃之间，反应时间6小时，将混合物充分混合均匀，然后经过高速剪切乳化，转速为5000rpm，时间20分钟，喷雾干燥后得到粉末，最后在惰
性气氛下煅烧，煅烧温度为700℃，时间为6h。得到所述的磷酸铁锂正极材料。其扫描电镜图如图3和图4所示。
[0029]实施例2
[0030]配置浓度为2mol/L的氢氧化锂溶液(溶剂为乙二醇和水的混合物)，然后加入磷酸，磷酸的加入速率为0.01mL/s，充分反应后，得到中间产物；配置浓度为0.3mol/L的硫酸铁溶液，与上述中间产物混合，进行水热反应，所述水热反应温度为140℃，时间为4h，pH控制在4.0。反应完全后过滤，取滤饼，洗涤干燥后破碎，干法球磨5小时，得到粉末状前躯体；
[0031]将5
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10nm的氧化铝粉末分散于乙二醇与水的混合物中，氧化铝的质量占本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：配置氢氧化锂溶液，然后加入磷酸，充分反应后，得到中间产物；配置硫酸铁溶液，与上述中间产物混合，进行水热反应，pH值控制在4.0～5.0，反应完全后过滤，取滤饼，洗涤干燥后破碎，球磨，得到粉末状前躯体；取上述得到的粉末状前躯体100份，加入反应釜中，再加入纳米氧化铝分散液100
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200份，加入含碳有机物4
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5份，进行搅拌混合，同时反应釜温度控制在90～100℃之间，将混合物充分混合均匀，形成均匀的混合物，经过高速剪切乳化，喷雾干燥后得到粉末，最后在惰性气氛下煅烧，得到所述的磷酸铁锂正极材料。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化锂溶液，浓度为2mol/L，溶剂为乙二醇与水的混合物；所述的硫酸铁溶液，浓度为0.3mol/L。3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，磷酸加入速率为0.01mL/s。4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁朝明，钱军，严学庆，袁朝勇，
申请(专利权)人：江苏欧力特能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：