本发明专利技术公开了一种锂离子电池磷酸盐系正极材料及其制备方法，该制备方法包括以下几个步骤：1)制备磷酸盐前躯体；2)将所得沉淀与锂源、碳源、溶剂按照设计比例置于球磨机中混合1～24小时，其中金属与锂的摩尔比为M∶Li＝1∶1～1.05，碳源按产品碳含量为1％～6％计算，溶剂按照液/固质量比为1～20∶1计算；3)将混合浆料进行喷雾干燥；4)干燥后物料置于焙烧炉中，在惰性气体保护下于500℃～900℃保温4～24小时，制得所述正极材料。该方法解决了磷酸盐系正极材料离子电导率低、倍率性能差的问题，产品加工性能好，且制备工艺简单，大规模产业化生产极具可行性和市场前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子二次电池正极材料领域，特别是涉及一种磷酸盐系正极材料及其制备方法。
技术介绍
面对人类对能源的需求日益剧增，一次能源储量逐渐减少，新型能源的开发和应用成为解决能源问题最可行的措施之一。以磷酸盐系材料作为正极的锂离子电池与传统钴 酸锂电池相比，具有安全性能高、循环寿命长、成本低廉、绿色环保等性能优势，因此被业界广泛关注，其代表着动力电池正极材料的未来发展方向。但纯相的磷酸盐系材料倍率性能欠佳，成为限制该系列材料大规模应用的关键性难题。磷酸盐系材料倍率性能差是由于材料电子电导率和锂离子扩散速率均较低导致的。研究表明，材料电子电导率可以通过导电剂包覆而得到显著提高。而对材料锂离子扩散速度的改善方法目前尚存在着各种技术难题，例如机理上认为元素掺杂可以通过修饰晶胞参数来扩大锂离子传导的通道，但掺杂技术难以掌握，对材料的改善一致性较差；制备纳米级材料缩短了锂离子扩散的自由程，可以有效提高扩散速度，但纳米级材料对极片的加工工艺要求苛刻，国内企业尚未掌握将纳米材料加工成极片的核心技术。根据文献对锂离子在磷酸盐系材料中的扩散机理研究可知，锂离子的扩散仅能沿着橄榄石结构晶体的b轴扩散，属于一维度扩散，导致材料的倍率性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种倍率性能优良的LiMP04/C正极材料的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种锂离子电池磷酸盐系正极材料，其结构组成为LiMP04/C，其中M为金属元素，碳含量为I 6% (wt% ) ο其中所述的金属元素M为Fe、Mn或Co。一种上述锂离子电池磷酸盐系正极材料的制备方法，包括以下步骤I)制备磷酸盐前躯体分别配置lmol/L的金属盐溶液和lmol/L磷酸溶液，将金属盐溶液注入反应釜中，开启搅拌，加入溶液体积1% 5%计量的氟碳表面活性剂，以低于500ml/min的速度打入磷酸溶液，待磷酸溶液加完后，加入氨水调节pH为2 4，反应6小时以上，然后将物料进行抽滤、洗涤，洗涤至洗涤水pH为8 9，烘干，得到磷酸盐前躯体；2)将所得磷酸盐前躯体与锂源、碳源、溶剂按照设计比例置于球磨机中混合I 24小时，其中金属与锂的摩尔比为M Li = I I I. 05，碳源按产品碳含量为I % 6%计算，溶剂按照液/固质量比为I 20 I计算；3)将混合浆料进行进行喷雾干燥和成球处理；4)干燥后物料置于焙烧炉中，在惰性气体保护下于500°C 900°C保温4 24小时后，对烧结产物筛分，制得所述锂离子电池磷酸盐系正极材料。其中，步骤I)所述的磷酸盐前躯体为磷酸铁、磷酸锰或磷酸钴；所述的金属盐溶液为氯化铁溶液、硝酸铁溶液、氯化锰溶液、硝酸锰溶液、氯化钴溶液或硝酸钴溶液。步骤2)中所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂或醋酸锂；所述的碳源为乙炔黑、superP、ensaco、碳纳米管、葡萄糖、鹿糖、朽1檬酸、聚乙二醇或羧甲基纤维素。步骤4)中所述的惰性气体为氩气或氮气。本专利技术的优点在于通过制备纳米厚度的片状磷酸盐前躯体，将片状前躯体与锂源、碳源、溶剂混合，采用喷雾干燥的方法使锂源、碳源在磷酸盐纳米层片上干燥，并形成微米尺度的球形颗粒。再通过惰性气体保护，高温反应生成形貌为纳米片组成的球形磷酸盐系正极材料。该材料的颗粒是由纳米厚度的小片成球化，形成微米级二次颗粒，通过设计材料形貌将锂离子的一维度扩散转化为三维度扩散，极大地提高了 LiMP04/C材料的导电性，改善了其电化学性能。其中LiFeP04/C材料在IOC倍率下充放电，容量保持率达到90%。附图说明 图I为根据本专利技术的方法制备的LiFeP04/C正极材料的倍率充放电曲线；图2为根据本专利技术的方法制备的LiFeP04/C正极材料的XRD图；图3为根据本专利技术的方法制备的LiFeP04/C正极材料的SEM图；图4为图3的局部放大图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术的产品及其制备方法进行详细说明。实施例I称取氯化铁、去离子水，配制为lmol/L的氯化铁溶液。将5L lmol/L的氯化铁溶液注入容积为20L的常压反应釜，开启搅拌，搅拌转速设定为lOOrpm，然后用蠕动泵将5Llmol/L磷酸溶液以lOOml/min的流速打入反应釜，加入氨水调节pH为2，静置6小时后将物料转移至抽滤瓶，抽滤、洗涤至洗涤水PH为8后，在烘箱中150°C烘干，得到FePO4 ·2Η20。以Li Fe 原子比为 I : 1，碳含量为 5. 5%计算，称取 Li2C0373. 9g、FePO4 · 2Η20373. 6g、SuperP 25g、950ml去离子水，在行星球磨机中混合4小时。混合后浆料用离心式喷雾干燥机进行干燥和成球处理，喷雾干燥机进口温度为350°C ±5°C，出口温度为2400C ±5°C。将干燥后的粉末在氮气氛窑炉中800°C下保温4h后，对烧结产物筛分得到Li+三维度扩散的LiFeP04/C正极材料。本实施例制备的磷酸铁锂材料0. IC放电倍率下质量比容量大于150mAh/g，10C放电比容量达到IC的90%以上。实施例2称取乙酸锰、去离子水，配制lmol/L的乙酸锰溶液，将5L lmol/L的乙酸锰溶液注入容积为20L的常压反应釜，开启搅拌，搅拌转速设定为lOOrpm，用蠕动泵将5L lmol/L磷酸溶液以lOOml/min的流速打入反应釜，加入氨水调节pH为3，反应10小时后将物料转移至抽滤瓶，抽滤、洗涤至洗涤水PH为9后，在烘箱中150°C烘干，得到Mn3(PO4)2 · 3H20。以Li Mn原子比为L 05 1，碳含量为3 %计算，称取Li2C0377. 6g、Mn3(PO4)2 · 3H20 272. 5g、分子量为10000的聚乙二醇147g，1500ml去离子水在行星球磨机中混合4小时。混合后浆料用离心式喷雾干燥机进行干燥和成球处理，喷雾干燥机进口温度350°C ±5°C，出口温度240°C ±5°C。将干燥后的粉末在氩气氛窑炉中500°C下保温16h后，对烧结产物筛分得到Li+三维度扩散的LiMnP04/C正极材料。本实施例制备的磷酸锰锂材料O. IC放电倍率下质量比容量大于110mAh/g，IC放电比容量为100mAh/g，达至Ij O. IC的90%以上。实施例3称取硝酸钴、去离子水，配制lmol/L的硝酸钴溶液，将5L lmol/L的硝酸钴溶液注入容积为20L的常压反应釜，开启搅拌，搅拌转速设定为lOOrpm，用蠕动泵将5L lmol/L磷酸溶液以100ml/min的流速打入反应釜，加入氨水调节pH为4，反应12小时后将物料转移至抽滤瓶，洗涤至洗涤水pH为8 9后在烘箱中150°C烘干，得到Co3(PO4)2 · 8H20。以Li Co原子比为I. 02 1，碳含量为5 %计算，称取LiOH 73. lg、Co3(PO4)2 · 8H20 510. 8g、梓檬酸161. 4g, IOOOml去离子水在行星球磨机中混合4小时。混合后浆料用离心式喷雾干燥机进行干燥和成球处理，喷雾干燥机进口温度350°C ±5°C，出口温度240°C ±5°C。将干燥后的粉末在高纯氮气氛窑炉中900°C下保温8h后，对烧结产物筛分得到Li+三维度扩散的LiCoP04/C正极材料。本实施例制备的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池磷酸盐系正极材料，其特征在于其结构组成为LiMP04/C，其中M为金属兀素，碳含量为I 6% (wt% ) ο2.根据权利要求I所述的锂离子电池磷酸盐系正极材料，其特征在于所述的金属元素M为Fe、Mn或Co。3.—种权利要求I或2所述的锂离子电池磷酸盐系正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)制备磷酸盐前躯体分别配置lmol/L的金属盐溶液和lmol/L磷酸溶液，将金属盐溶液注入反应釜中，开启搅拌，加入盐溶液体积1% 5%计量的氟碳表面活性剂，以低于500ml/min的速度打入磷酸溶液，待磷酸溶液加完后，加入氨水调节pH值为2 4，反应6h以上，然后将物料转移至抽滤瓶，进行抽滤、洗涤，洗涤至洗涤水PH为8 9，烘干，得到磷酸盐前躯体； 2)将所得磷酸盐前躯体与锂源、碳源、溶剂按照设计比例置于球磨机中混合I 24小时，其中金属与锂的摩尔比为M Li = I I I. 05，碳源按产品碳含量为1% 6%计算，溶剂按照液/固质量比为I 20...
【专利技术属性】
技术研发人员：伏萍萍，宋英杰，徐宁，吴孟涛，
申请(专利权)人：天津巴莫科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。