碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法及以该材料为正极材料的锂离子电池技术

碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法及以该材料为正极材料的锂离子电池，本发明专利技术涉及磷酸铁锂材料的制备方法及以该材料为正极材料的锂离子电池。本发明专利技术是要解决现有磷酸铁锂材料导电性差，批量生产一致性差，且以其为正极材料的锂离子电池大倍率充放电时性能差的问题。方法：一、称取；二、分散；三、制备前驱体；四；制备中间产物；五、制备二级中间产物；六、煅烧产物；七、得到产品；以该材料为正极材料的锂离子电池由正极片、负极片、隔离膜和铝塑复合膜组成。本发明专利技术制备的磷酸铁锂材料导电性能提高，产品一致性好，以其为正极材料的锂离子电池性能好。本发明专利技术用于制备碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料及以该材料为正极材料的锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磷酸铁锂材料的制备方法及以该材料为正极材料的锂离子电池。
技术介绍
磷酸铁锂电池具有原材料来源广泛，安全性好，循环寿命长，环境友好等优点，是驱动电动汽车的理想电源体系。但目前的磷酸铁锂电池在大倍率充放电性能方面，还难以满足纯电动车和插电式混合电动车对电池快速充电的要求；而且其批量生产的一致性差，导致以其为正极材料的单个锂离子电池容量不均一，使得电池组管理困难，造成部分单个锂离子电池过充电或过放电等问题，带来安全隐患，以上两点制约了电动汽车产业的发展。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有磷酸铁锂材料导电性差，其批量生产一致性差，并且以其为正极材料的锂离子电池大倍率充放电时性能差的问题，而提供碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法及以该材料为正极材料的锂离子电池。碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，按照以下步骤制备:一、按照Fe、P和Li的物质的量之比为1:1:0.9 1.1称取三价铁盐、磷源化合物和锂源化合物，按照有机小分子碳源与三价铁盐的质量比为I 11:20，称取有机小分子碳源；二、将步骤一称取的三价铁盐、磷源化合物、锂源化合物和有机小分子碳源混合均匀，得到混合物，然后向混合物中加入去离子水，搅拌2h 4h，得到分散液，其中，去离子水质量是混合物质量的5 10倍；三、将步骤二得到的分散液在温度为50°C 100°C条件下，搅拌6h 7h，控制搅拌速度为200r/min 220r/min，得到流变体复合物，然后将流变体复合物在温度为80°C 90°C条件下干燥至恒重，制得复合前驱体；四、将步骤三得到的复合前驱体研磨成粉末，然后将粉末在保护气氛炉中预分解得中间产物，控制预分解温度为200°C 300°C，预分解时间为Ih 4h ;五、将步骤四得到的中间产物放入球磨罐中在转速为300r/min 3000r/min,温度为50°C 200°C条件下，保持0.5h 10h，再冷却至室温，得到二级中间产物，其中球料比为 100 10:1 ;六、将步骤五得到的二级中间产物，在保护气氛炉中煅烧，然后冷却至室温得到煅烧产物，其中，煅烧温度为550°c 750°C，煅烧时间为5h 12h ；七、将步骤六得到的煅烧产物粉碎，再采用390目 400目的筛子过筛，得到的粉体即为碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料。以碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料为正极材料的锂离子电池由正极片、负极片、隔离膜和铝塑复合膜组成，所述隔离膜位于正极片和负极片之间，铝塑复合膜包裹在正极片、负极片和隔离膜的外周，其中，正极片由正极集流体和正极浆料制成，所述正极浆料按质量百分比由80% 95%的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料、2% 10%的导电剂和3% 10%的粘结剂聚偏氟乙烯组成，正极浆料均匀分布在正极集流体的表面，正极集流体为铝箔，正极浆料在正极集流体表面的涂布面密度为50g/m2 200g/m2 ;负极片由负极集流体和负极浆料制成，负极浆料为按质量百分比由75% 96%的石墨类材料、1% 15%的高比表面积的活性炭和3% 10%的粘结剂聚偏氟乙烯组成，负极浆料均匀分布在负极集流体的表面，负极集流体为铜箔，负极浆料在负极集流体表面的涂布面密度为20 100g/m2，石墨类材料为天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的一种或几种组合。本专利技术的有益效果是:本专利技术采用的高速球磨溶剂热为固体粉末颗粒提供了良好的液相反应条件，固体粒子和液体溶剂接触紧密而使其受热均匀，热交换良好，不容易出现局部过热现象；同时密封在缸体中的悬浊液避免了与氧气的接触。与常用的其他合成方法相比，该方法具有合成温度较低，焙烧时间短，所得材料颗粒小且分布均一的优点，使得最终烧结出的磷酸铁锂材料的一致性优异。本专利技术采用的高速球磨热溶剂法兼具溶胶凝胶法，碳热还原法和球磨技术的优点，能在相对较低的温度下和较短的时间内制备出颗粒较小一级颗粒均为为纳米颗粒，保证尺寸分布均匀，且一致性好的材料。本专利技术制备的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料中磷酸铁锂为纳米粒径(低于IOOnm)ο这种特殊结构对改善材料倍率性能的积极作用主要体现在:1、纳米磷酸铁锂颗粒的大比表面积增大了与电解液相的接触，其有利于锂离子快速的从磷酸铁锂颗粒表面嵌入和脱出，使得参与电化学反应的表面积大大增加，从而显著降低了电化学反应过程中的界面电流密度，减小了电化学反应极化；2、纳米磷酸铁锂颗粒使得锂离子在b轴上扩散更加顺畅，缩短了离子扩散途径，降低离子扩散阻力，改善了大电流倍率性能。本专利技术制备的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的多孔结构对改善材料倍率性能的积极作用主要体现在:1、多孔结构有利于电解液的浸润和锂离子在其中快速的进出，电解液直接接触到磷酸铁锂颗粒表面，锂离子进行嵌入或脱出电化学反应；2、多孔碳包覆层结构不仅增强了材料的电子导电性，减少了欧姆极化，而且制约了材料颗粒在烧结过程中生长，保证了纳米磷酸铁锂颗粒的生成，缩短了锂离子扩散途径，降低离子扩散阻力。以专利技术制备的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料为正极材料的锂离子电池，具有以下性能:(I)较好的大倍率充放电循环性能:在IOC充放电倍率下，500次循环后，锂离子电池的容量保持率仍高于90% ; (2)放电质量比容量:1C放电>135mA.h.g'SC放电>IIOmA.h.g—1，IOC 放电 >95mA.h.g—1，20C 放电 >70mA.h.g_S 其中，放电质量比容量，是指电极上活性物质(指碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料)的质量比容量。本专利技术用于制备碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料及以该材料为正极材料的锂离子电池。附图说明图1为实施例一制备的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的扫描电镜图；图2为实施例一制备的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料为正极材料的锂离子电池在0.2C充放电倍率下的充放电曲线图，其中曲线I是充电曲线，曲线2是放电曲线；图3为本实施例一制备的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料为正极材料的锂离子电池的不同倍率性能曲线图，其中，曲线平台I为室温0.2C倍率下的电化学容量，曲线平台2为室温IC倍率下的电化学容量，曲线平台3室温为5C倍率下的电化学容量，曲线平台4为室温IOC倍率下的电化学容量，曲线平台5为室温20C倍率下的电化学容量，曲线平台6为恢复初始室温0.2C倍率下的电化学容量；图4为以实施例一制备的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料为正极材料的锂离子电池在IOC充放电倍率下的500次循环性能曲线图。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一:本实施方式碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，按照以下步骤制备:一、按照Fe、P和Li的物质的量之比为1:1:0.9 1.1称取三价铁盐、磷源化合物和锂源化合物，按照有机小分子碳源与三价铁盐的质量比为I 11:20，称取有机小分子碳源；二、将步骤一称取的三价铁盐、磷源化合物、锂源化合物和有机小分子碳源混合均匀，得到混合物，然后向混合物中加入去离子水，搅拌2h 4h，得到分散液，其中，去离子水质量是混合物质量的5 10倍；三、将步骤二得到的分散液在温度为50°C 100°C条件下，搅拌6h 7h，控制搅拌速度为200r/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，按照以下步骤制备：一、按照Fe、P和Li的物质的量之比为1：1：0.9～1.1称取三价铁盐、磷源化合物和锂源化合物，按照有机小分子碳源与三价铁盐的质量比为1～11：20，称取有机小分子碳源；二、将步骤一称取的三价铁盐、磷源化合物、锂源化合物和有机小分子碳源混合均匀，得到混合物，然后向混合物中加入去离子水，搅拌2h～4h，得到分散液，其中，去离子水质量是混合物质量的5～10倍；三、将步骤二得到的分散液在温度为50℃～100℃条件下，搅拌6h～7h，控制搅拌速度为200r/min～220r/min，得到流变体复合物，然后将流变体复合物在温度为80℃～90℃条件下干燥至恒重，制得复合前驱体；四、将步骤三得到的复合前驱体研磨成粉末，然后将粉末在保护气氛炉中预分解得中间产物，控制预分解温度为200℃～300℃，预分解时间为1h～4h；五、将步骤四得到的中间产物放入球磨罐中在转速为300r/min～3000r/min，温度为50℃～200℃条件下，保持0.5h～10h，再冷却至室温，得到二级中间产物，其中球料比为100～10：1；六、将步骤五得到的二级中间产物，在保护气氛炉中煅烧，然后冷却至室温得到煅烧产物，其中，煅烧温度为550℃～750℃，煅烧时间为5h～12h；七、将步骤六得到的煅烧产物粉碎，再采用390目～400目的筛子过筛，得到的粉体即为碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料。...

【技术特征摘要】
1.碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，按照以下步骤制备: 一、按照Fe、p和Li的物质的量之比为1:1:0.9 1.1称取三价铁盐、磷源化合物和锂源化合物，按照有机小分子碳源与三价铁盐的质量比为I 11:20，称取有机小分子碳源； 二、将步骤一称取的三价铁盐、磷源化合物、锂源化合物和有机小分子碳源混合均匀，得到混合物，然后向混合物中加入去离子水，搅拌2h 4h，得到分散液，其中，去离子水质量是混合物质量的5 10倍； 三、将步骤二得到的分散液在温度为50°C 100°C条件下，搅拌6h 7h，控制搅拌速度为200r/min 220r/min，得到流变体复合物，然后将流变体复合物在温度为80°C 90°C条件下干燥至恒重，制得复合前驱体； 四、将步骤三得到的复合前驱体研磨成粉末，然后将粉末在保护气氛炉中预分解得中间产物，控制预分解温 度为200°C 300°C，预分解时间为Ih 4h ; 五、将步骤四得到的中间产物放入球磨罐中在转速为300r/min 3000r/min,温度为50°C 200°C条件下，保持0.5h 10h，再冷却至室温，得到二级中间产物，其中球料比为100 10:1 ; 六、将步骤五得到的二级中间产物，在保护气氛炉中煅烧，然后冷却至室温得到煅烧产物，其中，煅烧温度为550°C 750°C，煅烧时间为5h 12h ； 七、将步骤六得到的煅烧产物粉碎，再采用390目 400目的筛子过筛，得到的粉体即为碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料。2.根据权利要求1所述的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于步骤一中三价铁盐为硝酸铁。3.根据权利要求2所述的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于步骤一中磷源化合物为磷酸二氢铵或磷酸一氢铵。4.根据权利要求3所述的碳包覆多孔结构纳米磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于步骤一中锂源化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王殿龙，刘铁峰，汤慎之，尤万龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：