一种镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，该正极材料由磷酸铁锂表面包覆一层镍镀层构成；其制备方法是将磷酸铁锂在分散剂的作用下依次经过敏化、活化、还原处理后，镀镍镀层；再将镀了镍镀层的磷酸铁锂进行热处理，即得镍包覆磷酸铁锂正极材料；该制备方法操作简单、工艺条件温和、成本低；制得的镍包覆磷酸铁锂正极材料，镍镀层包覆均匀，结构稳定，可用于制备导电性好、比容量高、功率密度大的锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法
本专利技术涉及一种镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料领域。
技术介绍
自1990年日本索尼公司率先研制成功锂离子电池并将其商品化以来，锂离子电池得到了迅猛发展。如今锂离子电池已经广泛地应用于民用及军用的各个领域。随着科技的不断进步，人们对电池的性能提出了更多更高的要求：电子设备的小型化和个性化发展，需要电池具有更小的体积和更高的比能量输出；航空航天能源要求电池具有循环寿命，更好的低温充放电性能和更高的安全性能；电动汽车需要大容量、低成本、高稳定性和安全性能的电池。随着使用化石能源所导致的环境污染问题日益严重，绿色、无污染的新能源产业越来越引起人们的重视。作为新能源产业的代表之一，锂离子电池产业在近些年得到了迅猛的发展。而作为当下最具发展前景的几种锂离子电池正极材料之一的磷酸铁锂，凭借其价格低廉，循环性能好，对环境无污染等优点，得到了研究者们的普遍重视。磷酸铁锂电池是指以磷酸铁锂电池为正极材料的一类锂离子电池，以其长寿命高安全稳定性、宽工作温度范围、广泛的材料来源等突出特点，为业界关注，尤其是动力电池方面。但是磷酸铁锂电池也有其缺点，主要是工作电压较低，只有3.2V，相对其他常用的锂离子正极材料的3.7V来说，振实密度小1.0～1.4g/cm³，这就造成了磷酸铁锂电池的能量密度较低，目前做得最高单体磷酸亚铁锂电池型号为26650圆柱电池，能量密度也只有140.9wh/Kg，电池容量3700mAh，重量84g，电压3.2V。而现在对于锂离子电池的能量密度要求越来越高，尤其是动力电池，如果磷酸亚铁锂电池的能量密度不继续提高，那么其市场地位将会受到极大影响，同时对循环寿命的要求也越来越高。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够提高锂离子电池循环性能的磷酸铁锂材料及其制备方法。本专利技术的目的是在于提供一种镍镀层包覆均匀，结构稳定，可用于制备导电性好、比容量高、功率密度大的锂离子电池的磷酸铁锂正极材料。本专利技术的镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法包括以下具体步骤：一、将磷酸铁锂颗粒置于乙醇和水按体积比1：2～3：1组成的混合溶剂中，采取机械搅拌，搅拌速度为50～500转/分钟，温度为15～40℃，在频率为20～40kHz的超声辅助下洗涤1～30min，离心分离，水洗涤数次；二、再将所得磷酸铁锂置于温度为15～40℃的含氯化亚锡的盐酸溶液中，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌1～10min，离心分离，水洗涤数次；所述的含氯化亚锡的盐酸溶液由以下组分组成：氯化亚锡2～8g/L，浓盐酸2～6mL/L，分散剂0.2～2mL/L，溶剂为水；三、接着将处理后的磷酸铁锂颗粒置于温度为15～40℃的含氯化钯的盐酸溶液中，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌进行活化处理1～10min，离心分离，水洗涤数次；所述的含氯化钯的盐酸溶液由以下组分组成：氯化钯0.1～1g/L，浓盐酸4～10mL/L，分散剂0.2～2mL/L，溶剂为水；四、步骤三活化处理后的磷酸铁锂置于温度为15～40℃的次亚磷酸钠溶液中，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌进行还原处理0.5～5min，离心分离；所述的次亚磷酸钠溶液由以下组分组成：次亚磷酸钠1～5wt％，分散剂0.2～2mL/L，溶剂为水；五、步骤四还原处理后的磷酸铁锂置于pH为8～8.5的镀液中，在70～90℃温度条件下，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌进行化学镀镍0.5～10min，离心分离，水洗涤数次；所述的镀液由以下组分组成：硫酸镍20～60g/L，次亚磷酸钠15～30g/L，柠檬酸钠30～60g/L，氯化铵30～70g/L，分散剂0.2～2mL/L，溶剂为水；六、步骤五中化学镀镍后的磷酸铁锂颗粒置于100～200℃的温度环境下，保温1～4小时，即得镍包覆磷酸铁锂正极材料。本专利技术的镍包覆本专利技术的镍包覆磷酸铁锂正极材料还包括以下优选方案：优选的镍包覆磷酸铁锂正极材料中镍镀层厚度为0.1～1.0μm。优选的镍包覆磷酸铁锂正极材料中镍镀层为磷质量百分含量＜8％的镍磷合金。优选的镍包覆磷酸铁锂正极材料中磷酸铁锂颗粒平均粒径D50分布在5～30μm之间。本专利技术所述的镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，是将磷酸铁锂颗粒采用醇水混合溶剂洗涤后，依次进行敏化、活化和还原预处理，预处理后的磷酸铁锂颗粒在分散剂作用下分散在含硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠和氯化铵的混合镀液中进行化学镀镍镀层；再将镀了镍镀层的磷酸铁锂颗粒进行热处理，即得。本专利技术的有益效果：本专利技术首次采用镍包覆磷酸铁锂制得一种导电性性能好，结构稳定的镍包覆磷酸铁锂正极材料，可用于制备高比容量和高功率密度的锂离子电池。本专利技术技术方案突出的优势在于：1、本专利技术对磷酸铁锂粉末颗粒表面包覆镍，一方面可以提高正极材料的导电性，利于电子传递，加快反应速度，有效提高锂离子电池的放电功率；另一方面可以增强材料的亲水亲油性，有利于材料表面溶液交换及离子传递，减少电极极化，提升电池放电电压平台，提高电池能量转换效率；2、本专利技术采用镍包覆磷酸铁锂后制得的镍包覆磷酸铁锂粉末颗粒材料导电性大大提高，在制作锂离子电池电极时，可以减少使用或者不使用碳导电剂；3、本专利技术的制备方法，整个制备工艺中都使用到分散剂，能将磷酸铁锂颗粒有效分散在溶液中，更有利于敏化、活化、还原和化学镀镍过程，以便于获得镀层包覆均匀，结构稳定的镍包覆磷酸铁锂正极材料；4、本专利技术的制备工艺操作简单，工艺条件温和，生产成本低，满足工业化生产。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明：实施例1取磷酸铁锂正极材料5g，平均粒径D50为大小为8.53μm，进行化学镀镍处理，化学镀镍的工艺为：1、将上述磷酸铁锂加入酒精与水体积比为1:1，总体积为1L的酒精水溶液中。温度为25℃，搅拌速度200转每分钟，超声波震荡，震荡频率30kHz，时间为5min。将磷酸铁锂离心分离，并用去离子水冲洗多次。2、将清洗后的磷酸铁锂加入成分为氯化亚锡(SnCl2·2H2O)4g/L，37％HCl4mL/L，OP-101mL/L，溶剂为去离子水，体积为1L的溶液中。温度为25℃，搅拌速度200转每分钟，时间为2min。将磷酸铁锂离心分离，并用去离子水冲洗至pH为7。3、将敏化后的磷酸铁锂加入成分为氯化钯(PdCl2)0.4g/L，37％HCl8mL/L，OP-101mL/L，溶剂为去离子水，体积为1L的溶液中。温度为25℃，搅拌速度200转每分钟，时间为2min。将磷酸铁锂离心分离，并用去离子水冲洗至pH为7。4、将活化后的磷酸铁锂加入成分为次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)3％质量分数，OP-101mL/L，溶剂为去离子水，体积为1L的溶液中。温度为25℃，搅拌速度200转每分钟，时间为1min。将磷酸铁锂离心分离。5、将还原后的磷酸铁锂加入成分为硫酸镍(NiSO4·6H2O)35g/L，次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)20g/L，柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)45g/L，氯化铵(NH4Cl)50g/L，表面活性剂1mL/L，溶剂为去离子水，体积为1L的溶液中。用氨水或柠檬酸调节为pH8～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：一、将磷酸铁锂颗粒置于乙醇和水按体积比1：2～3：1组成的混合溶剂中，采取机械搅拌，搅拌速度为50～500 转/ 分钟，温度为15～40℃，在频率为20～40kHz 的超声辅助下洗涤1～30min，离心分离，水洗涤数次；二、再将所得磷酸铁锂置于温度为15～40℃的含氯化亚锡的盐酸溶液中，采取机械搅拌，以50～500 转/分钟的速率搅拌1～10min，离心分离，水洗涤数次；三、接着将处理后的磷酸铁锂颗粒置于温度为15～40℃的含氯化钯的盐酸溶液中，采取机械搅拌，以50～500 转/ 分钟的速率搅拌进行活化处理1～10min，离心分离，水洗涤数次；四、步骤三活化处理后的磷酸铁锂置于温度为15～40℃的次亚磷酸钠溶液中，采取机械搅拌，以50 ～500 转/ 分钟的速率搅拌进行还原处理0.5 ～5min，离心分离；五、步骤四还原处理后的磷酸铁锂置于pH为8～8.5 的镀液中，在70～90℃温度条件下，采取机械搅拌，以50～500 转/分钟的速率搅拌进行化学镀镍0.5～10min，离心分离，水洗涤数次；六、将步骤五中化学镀镍后的磷酸铁锂颗粒置于100～200℃的温度环境下，保温1～4 小时，即得镍包覆磷酸铁锂正极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种镍包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：一、将磷酸铁锂颗粒置于乙醇和水按体积比1：2～3：1组成的混合溶剂中，采取机械搅拌，搅拌速度为50～500转/分钟，温度为15～40℃，在频率为20～40kHz的超声辅助下洗涤1～30min，离心分离，水洗涤数次；二、再将所得磷酸铁锂置于温度为15～40℃的含氯化亚锡的盐酸溶液中，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌1～10min，离心分离，水洗涤数次；三、接着将处理后的磷酸铁锂颗粒置于温度为15～40℃的含氯化钯的盐酸溶液中，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌进行活化处理1～10min，离心分离，水洗涤数次；四、步骤三活化处理后的磷酸铁锂置于温度为15～40℃的次亚磷酸钠溶液中，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌进行还原处理0.5～5min，离心分离；五、步骤四还原处理后的磷酸铁锂置于pH为8～8.5的镀液中，在70～90℃温度条件下，采取机械搅拌，以50～500转/分钟的速率搅拌进行化学镀镍0.5～10min，离心分离，水洗涤数次；六、...

【专利技术属性】
技术研发人员：田东，
申请(专利权)人：田东，
类型：发明
国别省市：广东;44