本发明专利技术涉及电池领域，具体为适用于高倍率动力电池的纳米磷酸铁锂材料及其制备方法。本发明专利技术的磷酸铁锂的元素摩尔比例为，掺杂元素：锂：铁：磷=0~0.05：1~1.15：1：1~1.15。其制备方法包括：以有机溶剂为分散剂，采用湿法球磨，超细磨，真空干燥制备前驱体，预处理，恒温处理，粉碎，筛分，机械融合。产品可控性高，倍率性能、循环性能、容量等电性能和传统磷酸铁锂电池比得到了极大提高，大大增加了产业化可能，具有现实意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池领域，具体是一种纳米磷酸铁锂材料，及采用有机溶剂为分散剂，经过超细磨，高温固相合成工艺来制备纳米磷酸铁锂的方法。
技术介绍
自1997年A.K.Padhi首次报导LiFePO4具有脱嵌锂功能以来，橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料，LiFePO4 (Μ:Mn, Fe, Co, Ni)，作为很有潜力的鲤离子电池正极材料倍受关注。其中理论容量为170rnAh/g的LiFePO4,以其丰富的铁资源，低廉的价格，优良的热稳定性和环境友好等特点，被认为是最有发展前景的锂离子电池正极材料。目前合成磷酸铁锂的方法有高温固相反应法、液相共沉积法、水热法、液相氧化还原法、固相微波法和机械球磨法。广泛使用的高温固相反应法(例如[J]A.K.Padhi et al Journal of theelectrochemical Society, Voll44, 1188一1194(1997), [J]A.Yamada et al Journalof the electrochemical Society, Vol148, A960-A967 (2001)， US Pat.5910382，CN1401559A)是将亚铁盐如醋酸铁或草酸铁，与磷酸氢氨和锂盐如碳酸锂或氢氧化锂混合，在惰性气氛如氮气或氧气中，经30(T350°C和50(T80(TC分阶段焰烧合成LiFeP04。专利W002/083555A2中采用液相共沉积法，在控制PH值下，从相应的盐溶液中共沉积出磷酸亚铁和磷酸锂前驱体，将该前驱体在65(T80(TC焙烧制得LiFePO415整个制备过程都是在氮气保护气氛中进行，不利于工业化。中国专利CN1431147A用液相共沉积法制备磷酸铁惶的前驱体时，采用密闭容器，免去了氮气保护气氛，制得的前驱体在500-800°C非氧化性气氛中焙烧5 48小时制得酸铁锤纳米粉末。该方法制得的磷酸铁鲤材料在0.5C恒电流放电时初次容量在13(T 147mAh/g范围，40次循环后容量衰减程度为3°/Γ7%。F.croce 等在[J] Electrochemical and Solid-State Letters, 5 (3)A47-A50 (2002)中利用溶胶-凝胶法制备LiFePO4材料。即将LiOH和Fe (NO3) 3加入抗坏血酸溶液中，然后再与H3PO4溶液混合。用氨水调节PH值，在60’C加热制得凝胶。该凝胶经氮气气氛350°C，12小时热处理后，再经800°C，24小时焙烧制备LiFePO4,该方法没有使用较贵的亚铁盐，而利用抗坏血酸将Fe3+还原为Fe2+，但工艺过程较麻烦。中国专利CN1410349A用溶胶一凝胶法，以Fe (Ac) 2、LiAc, H4H2PO4和酒石酸等有机酸为原料，在通氮气条件下，8(TlO(TC条件制得凝胶，该凝胶在还原气氛35(T800°C下，焙烧得到LiFePO4粉体。该方法制备磷酸铁锤的全过程，包括原料Fe (Ac) 2的制备，都是在通氮气或还原气气氛中进行，操作不方便。水热合 成法主要是采用高压反应釜为反应容器，将前驱体溶液经高温高压反应直接合成 LiFeP04。如 Shoufeng Yang 等在文献[J] ElectrochemistryCommunications,3(2001) pp.505-508中，采用FeSO4, H3PO4和LiOH为原料，于120 °C，5小时水热反应合成了 LiFeP04。S.Frange 等在文献[J]Electrochmical and Solid-state letters, 2002，5 (10) A231-A223中以Fe3PO4.5Η20和Li3PO4为原料，在220°C，24bar高温高压条件反应I小时制备LiFePO415水热合成法需使用高压反应容器，对工业化生产不利。Pier Paolo 等在[J].Journal of the Electrochemical Society, 2002， 149 (7) A886-890中，用H2O2氧化亚铁盐制备FeP04，然后用LiI还原FePO4,制备LiFePO4，该方法可制得电化学性能优良的磷酸铁埋材料，但是所用的LiI试剂价格较贵，不合适工业化生产。Masashi Higuchi 等在[J].Journal of power sources 119-121 (2003) 258-261中，Li2C03，NH4H2PO4 和 Fe (CH3COO) 2 或 Fe (CH3CH0HC00) 2.2H20 为原料用微波法合成LiFeP04。此合成方法简单易行，但该文献中的合成产物电化学性能还不够理想。日本 SONY 公司([J].Journal of power sources 119-121(2003)232-238，JP2001250555, JP200275356 和日本专利 JP2003 采用 Fe3 (PO4) 2.8H20 和 Li3PO4 为原料用机械球磨法或高温固相法制备LiFePO415这些方法需先制备Fe3 (PO4) 2.8H20，专利]P2003292307A中用液相沉积法制备Fe3 (PO4) 2.8H20。而用液相沉积法制备纯净的Fe3(PO4) 2.8H20比较困难。以上方法虽然为LiFePO4制备提高的不少方法，但是各自都有缺点，而且LiFePO4具有电子导电率和离子导电率低的缺点，通常所制备出来的材料倍率特性较差，也就是说，电池在大电流充放电时，电池容量相对于小电流充放时明显降低(例如,小于70%)。
技术实现思路
本专利技术针对上述方法存在不足之处，提出了一种，本专利技术采用的原料为化学试剂或者工业原料，对生产条件要求不高，制备方法为有机溶剂高温固相法，易于实现工业化生产。一种适用于高倍率动力电池的纳米磷酸铁锂材料，该材料以锂、铁、磷盐为基体，基体外包覆有纳米炭材料的复合微粒，所述复合颗粒呈球形或长短径比为1.3 I ;磷酸铁锂的元素摩尔比例为，掺杂元素-M:铁:磷=0 0.05:1 1.15:1:1 1.15。进一步改进，所述的掺杂元素选自Mn, Co, Ni, V, Cr, Cu, Mg, Nb中的一种或以上；所述的锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、磷酸二氢锂中的一种或几种；所述的铁源选自氧化铁、四氧化三铁、草酸亚铁、正磷酸铁、无水磷酸铁、磷酸亚铁中的一种或几种；所述的磷源选自正磷酸铁、无水磷酸铁、磷酸亚铁、磷酸二氢锂、磷酸二氢氨、磷酸一氢氨中的一种或几种。本专利技术还提供了一种制备所述的适用于高倍率动力电池用纳米磷酸铁锂的方法，将上述比例的锂盐、磷酸盐、铁盐，以及磷酸铁锂质量1-20%的导电剂前驱体和固体总质量Γ20倍的有机溶剂组成混合物，将上述混合物放入球磨设备中，球磨0.5^36小时，然后经过超细磨设备超细磨0.5^36小时，超细磨结束后置于真空干燥设备中干燥0.5^10小时，在氮气或氮氢混合气中，以I 30°C /min加热速率升温，于45(T800°C恒温熔烧4 30小时，然后以f 10°C /min降温速度冷却至室温，制得磷酸铁锂或掺杂磷酸铁锂，最后经过粉碎设备粉碎和机械融合设备混合处理，制得磷酸铁锂成品。进一步改进,所述的导电剂前驱体选自庶糖,糊本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于高倍率动力电池的纳米磷酸铁锂材料，其特征在于：该材料以锂、铁、磷盐为基体，基体外包覆有纳米炭材料的复合微粒，所述复合颗粒呈球形或长短径比为?1.3～1；磷酸铁锂的元素摩尔比例为，掺杂元素：锂：铁：磷=0~0.05：1~1.15：1：1~1.15。
【技术特征摘要】
1.一种适用于高倍率动力电池的纳米磷酸铁锂材料，其特征在于:该材料以锂、铁、磷盐为基体，基体外包覆有纳米炭材料的复合微粒，所述复合颗粒呈球形或长短径比为.1.3 I ;磷酸铁锂的元素摩尔比例为，掺杂元素:锂:铁:磷=(Γθ.05:Γ .15:1:Γ .15。2.根据权利要求1所述的一种适用于高倍率动力电池的纳米磷酸铁锂材料，其特征在于:所述的掺杂元素选自Mn，Co, Ni，V，Cr，Cu, Mg，Nb中的一种或以上；所述的锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、磷酸二氢锂中的一种或几种；所述的铁源选自氧化铁、四氧化三铁、草酸亚铁、正磷酸铁、无水磷酸铁、磷酸亚铁中的一种或几种；所述的磷源选自正磷酸铁、无水磷酸铁、磷酸亚铁、磷酸二氢锂、磷酸二氢氨、磷酸一氢氨中的一种或几种。3.一种制备权利要求1所述的适用于高倍率动力电池用纳米磷酸铁锂材料的方法，其特征在于:将上述比例的锂盐、磷酸盐、铁盐，以及磷酸铁锂质量10-20%的导电剂前驱体和固体总质量广2倍的有机溶剂组成混合物，将上述混合物放入球磨设备中，球磨0.5^36小时，然后经过超细磨设备超细磨0.5 36小时，超细磨结束后置于真空干燥设备中干燥.0.5 10小时，在氮气或氮氢混合气中，以I 30°C /min加...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐建平，蒋美娣，徐勇，
申请(专利权)人：宜兴奕润新能源科技有限公司，
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。