高相容改性浆料、制备方法、在正极材料中的应用技术

本发明专利技术涉及电池材料技术领域，用以解决现有的磷酸铁锂正极材料在电池制备和材料制备时，存在的导电物、掺杂物和磷酸铁锂主材之间存在分散性差的问题。其公开了一种高相容改性浆料的制备工艺，包括如下步骤：碳源、分散剂和络合剂溶解于溶剂中，得到溶液A；导电剂和掺杂剂共混，得到混合物I；将混合物I加入至溶液A中，经分散得到高相容改性浆料。本申请的高相容改性浆料，其应用于磷酸铁锂正极材料，能有效解决行业所面临的分散和均匀性难题，提升导电网络分散特性，掺杂元素均匀性和降低基于磷酸铁锂正极材料的锂离子电池的加工成本；改善磷酸铁锂正极材料的电化学性能，显著提升高倍率下的平台率。率下的平台率。率下的平台率。

【技术实现步骤摘要】
高相容改性浆料、制备方法、在正极材料中的应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，具体地说，涉及高相容改性浆料、制备方法、在正极材料中的应用。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂以其安全性能好、稳定放电平台、高循环性能、环境友好无毒性等特点，被认为是非常具有规模化应用潜力的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂晶格中存在一个FeO6八面体、两个LiO6八面体和一个PO4四面体共边，在晶体学分类上属于斜方晶系中的Pmnb空间群，单位晶格体积磷酸铁锂中的锂离子具有一维方向的可移动性，在充放电过程中能够嵌入/脱出，并伴随着中心金属铁的还原/氧化。当锂离子脱出后生成同为Pmnb空间群的FePO4，单位晶格常数变单位晶格体积晶格内的一维锂离子迁移通道和充放电过程中晶格的变化，导致磷酸铁锂面临离子和电子导电率低的问题。
[0003]在材料制备过程中，通常使用碳包覆和元素掺杂等改性工艺来提高磷酸铁锂的低电子/离子传导速率。在电池制备过程中，通常采用添加碳纳米管、石墨烯或SuperP等导电剂来提升基于磷酸铁锂正极材料的锂离子电池的电化学性能。
[0004]但是目前常规的改性工艺存在两点明显问题：一是掺杂过程中鲜有从晶体学方面做考虑，导致掺杂不彻底，掺杂元素分布不均匀，价键结合不稳定的问题；二是电池制备和材料制备过程相剥离，导致导电剂与磷酸铁锂材料结合不充分，难从根本上解决磷酸铁锂导电性差的问题。并且从全产业链的角度来看，导电剂的分散问题也亟待解决，这种割裂无异于增加电池生产成本。
[0005]因此，有必要开发一种更加简洁的工艺路线，解决导电物、掺杂物和磷酸铁锂主材的分散和均匀性问题，并能应用于规模化磷酸铁锂正极材料的生产。

技术实现思路

[0006]<本专利技术解决的技术问题>
[0007]现有的磷酸铁锂正极材料在电池制备和材料制备中，存在导电物、掺杂元素和磷酸铁锂主材之间存在分散性差的问题。
[0008]<本专利技术采用的技术方案>
[0009]针对上述的技术问题，本专利技术的目的在于高相容改性浆料、制备方法、在正极材料中的应用。本申请将磷酸铁锂制备过程中的主原料和添加料记性划分。通过对导电剂和掺杂元素的研究，创新性地提出高相容改性浆料。相比于常规应用于电极制备的浆料，本专利技术提出的高相容改性浆料应用于磷酸铁锂正极材料制备过程中，把电池制备工艺和材料制备工艺有机统一。解决导电剂和掺杂元素的分散性和相容性，从而提升基于磷酸铁锂正极材料的锂离子电池的电化学性能。
[0010]具体内容如下：
[0011]第一，本专利技术提供了一种高相容改性浆料的制备工艺，包括如下步骤：
[0012]S1碳源、分散剂和络合剂依次溶解于溶剂中，得到溶液A；
[0013]S2导电剂和掺杂剂共混，得到混合物I；
[0014]S3将混合物I加入至溶液A中，经分散得到高相容改性浆料。
[0015]第二，本专利技术提供了一种由前述的制备方法得到的高相容改性浆料。
[0016]第三，本专利技术提供了前述的高相容改性浆料在磷酸铁锂正极材料中的应用。
[0017]第四，本专利技术提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备工艺，包括如下步骤：锂源、磷酸铁与高相容改性浆料共混后，经均质、研磨、喷雾、烧结、气破和除磁处理得到磷酸铁锂正极材料。
[0018]第五，本专利技术提供了一种由前述的制备工艺得到的磷酸铁锂正极材料。
[0019]<本专利技术采用的技术机理>
[0020]本专利技术至少用于解决：碳纳米管应用于磷酸铁锂正极材料中所面临的分散性和均匀性问题，本专利技术通过如下机理用以解决上述问题：
[0021](1)现有技术中通过直接向磷酸铁锂浆料中加入碳纳米管，会形成局部团聚的现象。故本专利技术先利用导电剂(包括碳纳米管)制备成浆料；同时浆料中还包括分散剂和络合剂，用以保证碳纳米管自身分散的均匀性；
[0022](2)浆料中加入络合剂，目的还在于保证掺杂剂能够稳定地结合在导电剂上，并保证掺杂剂的均匀分散；
[0023](3)掺杂剂由于与磷酸铁锂正极具有相同的聚阴离子结构，同时再由于掺杂剂已稳定结合在碳纳米管上，因而又得以保证导电剂与磷酸铁锂正极材料的稳定结合。
[0024]<本专利技术达到的有益效果>
[0025](1)本专利技术的高相容导电浆料主要应用于磷酸铁锂正极材料合成阶段，利用掺杂剂中阳离子占据Fe位后形成的LiMPO4与主材LiFePO4具有相似晶体结构，更容易形成固溶体LiFe
x
M1‑
x
PO4的特性，与导电剂的协同作用下，起到增强磷酸铁锂晶体结构稳定性以及提升倍率性的特性；
[0026](2)本专利技术的高相容改性浆料，其应用于磷酸铁锂正极材料，能有效解决行业所面临的分散和均匀性难题，提升分散特性和降低基于磷酸铁锂正极材料的锂离子电池的加工成本；改善磷酸铁锂正极材料的电化学性能，显著提升高倍率下的平台率；
[0027](3)本专利技术提出的高相容改性浆料应用于磷酸铁锂正极材料制备过程中，把电池制备工艺和材料制备工艺有机统一。解决导电剂和掺杂元素的分散性和相容性，从而提升基于磷酸铁锂正极材料的锂离子电池的电化学性能。
附图说明
[0028]图1为实施例1中磷酸铁锂的扫描电镜图；
[0029]图2为以实施例1的磷酸铁锂制备得到的扣式电池的倍率曲线；
[0030]图3为以对比例1的磷酸铁锂制备得到的扣式电池的倍率曲线。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建
议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0032]第一，本专利技术提供了一种高相容改性浆料的制备工艺，包括如下步骤：
[0033]S1碳源、分散剂和络合剂依次溶解于溶剂中，得到溶液A；
[0034]S2导电剂和掺杂剂共混，得到混合物I；
[0035]S3将混合物I加入至溶液A中，经分散得到高相容改性浆料。
[0036]本专利技术中，取10～15份碳源、1～2份分散剂与1～2份络合剂配成混合物，混合物与溶剂的质量比为1:1～1.5。
[0037]本专利技术中，导电剂、掺杂剂和溶剂的质量比为0.005～0.3:0.005～0.2:1。
[0038]本专利技术中，高相容改性浆料的各组分可具体选用如下原料：
[0039]碳源包括葡萄糖、蔗糖、或酚醛树脂中的至少一种；
[0040]分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、异丁醇、环已醇、或石蜡油中的至少一种；
[0041]络合剂包括柠檬酸、草酸、乳酸、酒石酸、或乙二胺四乙酸中的至少一种；
[0042]溶剂包括水、乙醇、或丙醇中的至少一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高相容改性浆料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1碳源、分散剂和络合剂溶解于溶剂中，得到溶液A；S2导电剂和掺杂剂共混，得到混合物I；S3将混合物I加入至溶液A中，经分散得到高相容改性浆料。2.根据权利要求1所述的高相容改性浆料的制备工艺，其特征在于，S1中，取10～15份碳源、1～2份分散剂与1～2份络合剂配成混合物，混合物与溶剂的质量比为1:1～1.5。3.根据权利要求1所述的高相容改性浆料的制备工艺，其特征在于，导电剂、掺杂剂与溶剂的质量比为0.005～0.3:0.005～0.2:1。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的高相容改性浆料的制备工艺，其特征在于，碳源包括葡萄糖、蔗糖、或酚醛树脂中的至少一种；分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、异丁醇、环已醇、或石蜡油中的至少一种；络合剂包括柠檬酸、草酸、乳酸、酒石酸、或乙二胺四乙酸中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄美灵，王昊，谢正伟，彭工厂，王国冬，
申请(专利权)人：中国科学院成都有机化学有限公司，
类型：发明
国别省市：