一种锂电池掺杂改性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体的说，本专利技术涉及，属于锂离子电池正极材料技术。
技术介绍
·近年来，为应对化石燃料枯竭和防止地球变暖，人们采取了各种对策。针对化石燃料问题，积极导入了太阳能发电和风力发电等自然能源。在防止地球变暖方面，开始针对 CO2排量高的汽车实施电动化及马达辅助驾驶等减排对策，但这些对策导致电力系统不稳定和用电量增加等新课题浮出了水面，要解决这些课题，蓄电元器件必不可少。锂离子电池凭借能量密度高、功率密度高、成本低廉、使用寿命长、环境友好等特点成为蓄电储能领域研究的热点。目前主流的锂电池正极材料包括钴酸锂系、锰酸锂系、三元材料系以及磷酸亚铁锂系。其中磷酸亚铁锂系(LiFePO4)正极材料所使用原材料价格低廉，材料结构稳定，倍率性能优异，循环使用寿命长，并且其生产使用对环境污染极小，是理想的储能以及动力型锂电池的正极材料。磷酸亚铁锂是橄榄石型晶体结构，凭借此结构磷酸亚铁锂在充放电过程中结构形变小，能保证结构稳定。但此结构在电子和锂离子脱嵌过程中仅能提供一维离子通道，因此磷酸亚铁锂的电导率(10_9 I(TkVc1II)以及锂离子迁移率(Du+< 10_14cm2/s)较低。针对此材料特性，国内外各大厂商、科研院所普遍采用纳米化、碳包覆、掺杂改性等技术对磷酸亚铁锂进行处理，以期提高材料的电化学性能。国内采用金属离子掺杂的技术一般使用既有材料，未对掺杂材料进行纳米化制备，国家知识产权局于2006. 6. 14公开了一件申请号为200510132428. 2，名称为“过渡元素掺杂磷酸铁锂粉体的制备方法”的专利技术专利，该专利使用过渡元素掺杂磷酸亚铁锂中的Li+ 离子位，该方法减少了 Li+离子含量，直接影响了材料的最大容量。国家知识产权局于2009.1. 14公开了一件申请号为200810125660. 7，名称为“新颖的共晶态复合材料及使用该化合物之电化学氧化还原活性材料”的专利技术专利，该专利采用共晶态复合材料掺杂的方法改性磷酸亚铁锂材料，其主要特点是采用复合材料与磷酸亚铁锂形成致密包覆结构，该方法改善了 Li+离子在磷酸亚铁锂与电解液间的迁移条件，但并未改善Li+离子在磷酸亚铁锂材料内部的迁移率。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中的磷酸亚铁锂材料电导率和锂离子迁移率低，且经过掺杂改性后的最大容量低的问题，提供了，有效控制了憐酸亚铁裡材料颗粒的粒度，提闻了材料惨杂的均勻性，最终达到提闻材料电性能的效果。为了实现上述专利技术目的，其具体的技术方案如下，其特征在于包括以下工艺步骤A、分别以可溶性含三价铁离子化合物、可溶性掺杂金属(记作M，下同)化合物为溶质， 去离子水为溶剂，配置溶度为O. 01 5mol/L的溶液，在所述的溶液中，可溶性含三价铁离子化合物与可溶性掺杂金属化合物按照摩尔比为Fe:M=(l-x) :x的比例混合均匀，获得金属离子混合溶液，其中0〈x〈0. 05 ；B、使用去离子水稀释氨水，制得浓度为O.01 5mol/L的氨水溶液；C、分别取步骤A中所述的金属离子混合溶液与步骤B中所述的氨水溶液，按摩尔比为1:3的比例置于两个容器中，分别均以I lOOmL/min的流速注入反应容器，使用外部加热设备保持温度在30 80°C，在搅拌状态下生成(1-x)Fe0H3/XM0H混合沉淀物，其中 0〈x〈0. 05 ;在反应完成后保持加热揽祥状态熟化5 10小时，沉淀物熟化后使用抽滤设备过滤，并置入50 100°C烘箱中干燥；D、取步骤C中获得的混合沉淀物与含锂化合物、含磷酸根化合物以及碳氢氧有机化合物，按摩尔比为Fe:M:L1:P:C=(l-x) :χ:1:1:0. 05 O. 25的比例先后置入球磨罐中进行混料，加入去离子水为分散剂，进行球磨，获得前躯体浆料，其中0〈x〈0. 05 ；E、取步骤D获得的前驱体浆料，输送至喷雾干燥器进行本领域常规的造粒干燥，在惰性气体保护下，获得干燥后的前驱体粉体；F、取步骤E所述的干燥后的前驱体粉体在惰性气氛下置入加热炉中加热，然后随炉冷却后获得本专利技术的锂电池掺杂改性磷酸亚铁锂正极材料LiFe(1_x)MxP04，其中0〈x〈0. 05。·优选的，本专利技术在步骤A中，所述的可溶性含三价铁离子化合物为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或者几种的任意比混合物。优选的，本专利技术在步骤A中，所述的可溶性掺杂金属化合物为镁、铝、钙、铬、钴、 镍、锌的氯化物、硝酸盐、硫酸盐中的一种或者几种的任意比混合物。优选的，本专利技术在步骤D中，所述的含锂化合物为氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂、碳酸锂中的一种或者几种的任意比混合物。优选的，本专利技术在步骤D中，所述的含磷酸根化合物为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、 磷酸铵中的一种或者几种的任意比混合物。优选的，本专利技术在步骤D中，所述的碳氢氧有机化合物为葡萄糖、蔗糖、淀粉、酒石酸中的一种或者几种的任意比混合物。优选的，本专利技术在步骤D中，所述的球磨为球磨8 16小时。优选的，本专利技术在步骤F中，所述的惰性气氛采用氮气、氩气中的一种或者两种的任意比混合物。优选的，本专利技术在步骤F中，所述的加热是指在500 800°C下加热8 20个小时。本专利技术所述制备方法具有以下有益效果1、本专利技术采用沉淀法制备磷酸铁颗粒粒径较小，以自制磷酸铁为原料制得的磷酸亚铁裡材料颗粒为纳米级；2、本专利技术采用沉淀法制备掺杂离子的磷酸根化合物，其颗粒细小，可有效与磷酸铁均匀混合，有利于后续充分反应，改善掺杂效果；3、本专利技术采用固相烧结法为基础，易于商业化应用，掺杂工艺简单实用，所制备的 LiFe(1_x)MxP04 (0<x<0. 05)材料电化学性能优秀，IC倍率下首次放电容量不低于140mAh/g ；4、本专利技术中的球磨混合时间的选择使得混合更加均匀；本专利技术选择的磷酸亚铁锂的合成温度合理，可获得较好的材料。5、本专利技术的方法制备得到的掺杂改性的磷酸亚铁锂正极材料不会减少锂离子的数量，保证了材料的最大容量，且能明显改善和提高锂离子在在磷酸亚铁锂材料内部的迁移率。具体实施方式实例I，包括以下工艺步骤A、分别以可溶性含三价铁离子化合物、可溶性掺杂金属化合物为溶质，去离子水为溶剂，配置溶度为O. 01mol/L的溶液，在所述的溶液中，可溶性含三价铁离子化合物与可溶性掺杂金属化合物按照摩尔比为 Fe:M=(l-X) :x的比例混合均匀，获得金属离子混合溶液，其中 x=0. 01 ；B、使用去离子水稀释氨水，制得浓度为O.01mol/L的氨水溶液；C、分别取步骤A中所述的金属离子混合溶液与步骤B中所述的氨水溶液，按摩尔比为 1:3的比例置于两个容器中，分别均以lmL/min的流速注入反应容器，使用外部加热设备保持温度在30°C，在搅拌状态下生成(l-x)Fe0H3/xM0H混合沉淀物，其中x=0. 01 ;在反应完成后保持加热搅拌状态熟化5小时，沉淀物熟化后使用抽滤设备过滤，并置入50°C烘箱中干燥；D、取步骤C中获得的混合沉淀物与含锂化合物、含磷酸根化合物以及碳氢氧有机化合物，按摩尔比为Fe :M: L1:P: C= (l-χ) : χ:1:1: O. 05的比例先后置入球磨罐中进行混料，加入去离子水为分散剂，进行球磨，获得前躯体浆料，其中x=0. 01 ；E、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池掺杂改性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：A、分别以可溶性含三价铁离子化合物、可溶性掺杂金属化合物为溶质，去离子水为溶剂，配置溶度为0.01～5mol/L的溶液，在所述的溶液中，可溶性含三价铁离子化合物与可溶性掺杂金属化合物按照摩尔比为Fe:M=(1?x):x的比例混合均匀，获得金属离子混合溶液，其中0去离子水为分散剂，进行球磨，获得前躯体浆料，其中0...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁孜，李明科，郑威，王睿，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：