多孔铁基磷酸盐锂电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔铁基磷酸盐锂电材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将Mn、Fe、P粉末混合球磨；S2、熔炼Mn

【技术实现步骤摘要】
多孔铁基磷酸盐锂电材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池材料生产技术，尤其是一种锂离子电池铁基磷酸盐正极材料生产技术。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种高性能绿色电池，其优秀的能量储备性能是它在各种移动终端广泛使用的原因。近几年，锂离子电池的技术研究及应用逐渐由手机、笔记本电脑等便携式移动终端转向汽车领域。尤其是具备聚阴离子结构的磷酸盐锂电材料，其出色的安全性、循环性以及成本优势，赋予其强大的开发前景。
[0003]行业里多采用固相烧结法制备磷酸盐锂电材料，制备出的材料虽然具有成本低、容量高、工艺简单等优点，但是存在低电子导电率及离子传到速率等缺陷，严重限制此类材料应用于对倍率要求较高的领域。为了改善此类材料的电学性能，国内外的研究者们已经对其进行了大量的研究，其手段常有颗粒尺寸和结晶度的控制、离子掺杂和导电碳包覆。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种产物具有纳米尺寸、颗粒细小，且具备高电子导电率及锂离子扩散能力的多孔铁基磷酸盐锂电材料。
[0005]本专利技术的目的还在于提供该多孔材料的制备方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：多孔铁基磷酸盐锂电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]S1、将Mn、Fe、P三种粉末按照产品要求的比例进行混合球磨，得到混合粉末，其中Mn的摩尔数占Mn、Fe、P总摩尔数的35％～60％；
[0008]S2、所述混合粉末经电弧熔炼制得Mn
‑
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P三元合金；
[0009]S3、加入刻蚀剂对所述三元合金进行刻蚀处理，获得FeP多孔前驱体；
[0010]S4、使用乙醇浸泡上述多孔前驱体材料，并通过固液分离方法得到滤饼，随后将滤饼置于真空环境中干燥，得到所述多孔前驱体材料干粉；
[0011]S5、所述前驱体材料与锂源、碳源经过混合后在氮气氛围中于650～850℃煅烧10～25个小时，煅烧后粉碎即得到多孔铁基磷酸盐锂电材料。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤三选用刻蚀剂为稀磷酸、稀盐酸、稀硫酸、酒石酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、抗坏血酸的任意一种或至少两种组合。典型但非限制性组合为稀磷酸和盐酸的组合，稀磷酸、盐酸、草酸的组合，稀盐酸、草酸的组合等。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤三选用刻蚀剂的质量浓度为5％～30％，刻蚀时间为0.5～12h，刻蚀温度为25～90℃。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤四使用乙醇浸泡过程中向乙醇中通入氮气，浸泡次数为2～10次，单次浸泡时间为5～40分钟，浸泡后固液分离得到滤饼，随后将滤饼置于真空环境中干燥，干燥温度为50～80℃，干燥时间为0.5～3个小时，得到所述多孔前驱体材
料。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤五所用锂源有碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂或乙酸锂的一种或几种，锂源材料与所述多孔前驱体材料的摩尔比为1.05～1.1:1。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，步骤五所用碳源源有葡萄糖、蔗糖、碳纳米管、乙炔炭黑、石墨烯的一种或几种，碳源材料为原料总质量的10％～20％。
[0017]本专利技术的有益效果是：1)提供一种简单高效、低生产成本的多孔铁基磷酸盐锂电材料制备方法：通过调控酸的种类、浓度以及刻蚀环境，可控地制备多孔前驱体，进而制备多孔锂电材料；2)采用的化学刻蚀法制备多孔前驱体材料，能够增大材料比表面积，暴露更多的活性位点，有利于改善正极材料的倍率性能和低温性能；3)采用乙醇对前驱体材料进行浸泡，并通氮气有效隔绝氧气以及引起液相波动，能够有效清洗材料内部微孔。此外，得益于前驱体结构多孔化，可有效吸附乙醇，在后续烧结过程分解少量的碳粒子分布在晶粒内部，进一步改善导电性。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的工艺流程图。
具体实施方式
[0019]下面实施例对本专利技术进一步说明。
[0020]实施例一：
[0021]按照如下步骤制备多孔磷酸铁锂正极材料：
[0022]S1、将Mn、Fe、P三种粉末按照摩尔比Mn:(Mn+Fe+P)＝40％进行混合高能球磨，球磨时间2小时，得到混合粉末；
[0023]S2、所述混合粉末在真空条件下进行电弧熔炼制得Mn
‑
Fe
‑
P三元合金；
[0024]S3、选用稀磷酸与稀盐酸混合液(稀磷酸用量为稀盐酸的10倍)作为刻蚀剂(浓度为20％)对所述三元合金进行刻蚀处理，刻蚀温度为35℃，刻蚀时间为1.5小时，获得FeP多孔前驱体；
[0025]S4、选用通氮除氧后的乙醇浸泡所述多孔前驱体，单次浸泡时间为20分钟，浸泡次数为3次。随后过滤，将滤饼置于真空环境中干燥，干燥温度为50℃，干燥时间为3个小时，得到多孔前驱体材料干粉；
[0026]S5、将所述多孔前驱体材料与碳酸锂、蔗糖均匀混合后置于煅烧炉中，煅烧温度800℃，烧结时间16小时，所述碳酸锂与所述多孔前驱体材料的摩尔比为1.08:1，蔗糖质量为原料总质量的20％；随后粉碎即得到多孔铁基磷酸盐锂材料。
[0027]对比例一：
[0028]S1、将Fe、P三种粉末按照摩尔比1:1进行混合高能球磨，球磨时间2小时，得到FeP前驱体粉末；
[0029]S2、所述混合粉末在真空条件下进行电弧熔炼制得Fe
‑
P合金；
[0030]S3、选用稀磷酸与稀盐酸混合液(稀磷酸用量为稀盐酸的10倍)作为刻蚀剂(浓度为20％)对所述合金进行刻蚀处理，刻蚀温度为35℃，刻蚀时间为1.5小时，获得FeP前驱体；
[0031]S4、选用通氮除氧后的乙醇浸泡所述多孔前驱体，单次浸泡时间为20分钟，浸泡次
数为3次。随后过滤，将滤饼置于真空环境中干燥，干燥温度为50℃，干燥时间为3个小时，得到前驱体材料干粉；
[0032]S5、将所述多孔前驱体材料与碳酸锂、蔗糖均匀混合后置于煅烧炉中，煅烧温度800℃，烧结时间16小时，所述碳酸锂与所述多孔前驱体材料的摩尔比为1.08:1，蔗糖质量为原料总质量的20％，随后粉碎即得到铁基磷酸盐锂材料。
[0033]表1实施例一和对比例一正极材料性能对比
[0034][0035]由表1可以看出，实施例一相对于对比例一，其粒径更小，且分布均匀，导电性及锂离子扩散系数更打大，这是得益于化学刻蚀处理的效果。此外，得益于前驱体结构多孔化，相对于未进行刻蚀处理的对比例一，实施例一的前驱体可有效吸附乙醇，提供部分碳源有利于后续烧结过程抑制颗粒长大。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多孔铁基磷酸盐锂电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将Mn、Fe、P三种粉末按照产品要求的比例进行混合球磨，得到混合粉末，其中Mn的摩尔数占Mn、Fe、P总摩尔数的35％～60％；S2、所述混合粉末经电弧熔炼制得Mn
‑
Fe
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P三元合金；S3、加入刻蚀剂对所述三元合金进行刻蚀处理，获得FeP多孔前驱体；S4、使用乙醇浸泡上述多孔前驱体材料，并通过固液分离方法得到滤饼，随后将滤饼置于真空环境中干燥，得到所述多孔前驱体材料干粉；S5、所述前驱体材料干粉与锂源、碳源经过混合后在氮气氛围中于650～850℃煅烧10～25个小时，煅烧后粉碎即得到多孔铁基磷酸盐锂电材料。2.根据权利要求1所述的多孔铁基磷酸盐锂电材料的制备方法，其特征在于，步骤3选用刻蚀剂为稀磷酸、稀盐酸、稀硫酸、酒石酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、抗坏血酸的任意一种或至少两种组合。典型但非限制性组合为稀磷酸和盐酸的组合，稀磷酸、盐酸、草酸的组合，稀盐酸、草酸的组合等。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁梓灏，杨明佶，徐慧远，邱世威，颜华，刘磊，罗源军，麻长圣，汪伟，陈鑫，唐林，
申请(专利权)人：宜宾天原集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：