【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及锂离子电池，例如一种复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在电动汽车的开发当中，动力电池正极材料的性能是关键之一。目前，可用于电动汽车的商业化二次电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池及锂离子电池。与传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池相比，锂离子二次电池具有工作电压高、循环性能好、能量密度髙、安全性好、对环境友好的诸多优点。
2、目前，已大量使用或是具有实用潜力的锂离子电池正极材料，主要有：钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂及镍钴锰酸锂材料。相比与其他类型的锂离子电池正极材料，磷酸铁锂(lifepo4)具有更加优良的安全性能和循环性能，特别是电动汽车，这一性能指标显的尤为重要。
3、橄榄石结构lifepo4，是聚阴离子框架结构，其结构基元是lio6八面体、feo6八面体和po4四面体，磷酸根中强的p―o共价键在完全充电状态下稳定了氧原子，避免其被氧化生产氧气而释放，该结构的存在使得lifepo4成为一种安全的正极材料。而且由于其稳定的聚阴离子框架结构，lifepo4的循环性能非常好。lifepo4的不足之处在于电子电导率和离子电导率较低，分别为10-9s·cm-1和10-10～10-15cm2·s-1，直接导致其比容量和倍率充放电性能较差，限制了它的应用。
4、cn104979557a公开了一种高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法及所述材料的锂离子电池正极片。制备方法包括:磷酸铁锂正极材料的制备；磷酸铁锂表面化学镀金属铝单质；磷酸铁锂-石墨烯复合材料的制备。
6、上述方案通过包覆导电层的方式提高磷酸铁锂的电导率，但是其通过包覆的方式，导电层与磷酸铁锂材料的结合强度和稳定性较差，导致其电阻率升高且循环性能降低。
技术实现思路
1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
2、本申请提供一种复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，本申请所述方法充分利用磷酸铁沉淀过程产生的氢氧化铁，减少了除杂步骤的同时，可以使金属银均匀的分布在磷酸铁产品中，实现一种均匀分散的导电网络，消除团聚、分散不均匀的问题。
3、第一方面，本申请提供了一种复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将铁源和磷源与溶剂混合得到混合溶液，调节混合溶液的ph至第一ph进行一步反应后，调节至第二ph进行二步反应，得到含有氢氧化铁的复合磷酸铁；
5、(2)对所述复合磷酸铁进行烧结处理后与锂源混合，经煅烧处理得到改性磷酸铁锂；
6、(3)将所述改性磷酸铁锂与银盐溶液混合，经置换反应，得到所述复合磷酸铁锂正极材料。
7、本申请步骤(1)所述将铁源和磷源与溶剂混合，可以是将铁源、磷源直接与溶剂混合，也可以是将铁源溶液和磷源溶液混合，也可以是铁源和磷源二者之一的溶液与另一方混合。
8、本申请通过控制共沉淀反应的ph，产生氢氧化铁杂质，通过煅烧将氢氧化铁杂质转化为氧化铁，再利用一氧化碳气氛将氧化铁还原为铁单质，再由铁单质和硝酸银反应，由此原位置换出银单质，形成导电银网络。金属银具有优异的导电率，其中银电导率达到6.3×107s/m，其电导率相比于其他金属要高出一个数量级，磷酸铁锂作为正极材料的电导率仅为10-9s/cm，因此以银作为其导电网络，能显著增强其电子的传导能力，减小电阻，提高其导电率，从而提升电池的充放电速率，从而提高倍率性能。
9、在一个实施方式中，步骤(1)所述铁源包括氯化铁和/或硝酸铁。
10、在一个实施方式中，所述磷源包括磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵或磷酸中的任意一种或至少两种的组合。
11、在一个实施方式中，所述溶剂包括水。
12、在一个实施方式中，所述混合的搅拌速度为300～800rpm。
13、在一个实施方式中，步骤(1)所述第一ph为1.2～2.0，例如：1.2、1.4、1.6、1.8或2.0等。
14、在一个实施方式中，所述一步反应的时间为0.5～2h，，例如：1.2、1.4、1.6、1.8或2.0等。
15、在一个实施方式中，所述第二ph为2.0～2.4，例如：2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等。
16、在一个实施方式中，所述二步反应的时间为0.5～2h，例如：0.5h、1h、1.5h、2h、3h或4h等。
17、在一个实施方式中，所述调节混合溶液的ph的调节剂为氨水。
18、在一个实施方式中，所述氨水的浓度为0.1～2mol/l，例如：0.1mol/l、0.8mol/l、1mol/l、1.5mol/l或2mol/l等。
19、在一个实施方式中，步骤(2)所述烧结处理的温度为500～700℃，例如：500℃、550℃、600℃、650℃或700℃等。
20、在一个实施方式中，所述烧结处理的气氛包括氧气。
21、在一个实施方式中，所述烧结处理的时间为4～10h，例如：4h、5h、6h、8h或10h等。
22、在一个实施方式中，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂或草酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
23、在一个实施方式中，所述锂源中锂元素和复合磷酸铁中铁元素的摩尔比为(1～1.07):1，例如：1:1、1.02:1、1.03:1、1.05:1或1.07:1等。
24、在一个实施方式中，所述与锂源混合后进行砂磨和喷雾干燥处理。
25、在一个实施方式中，步骤(2)所述煅烧处理的气氛包括氢气和/或一氧化碳。
26、在一个实施方式中，所述煅烧处理的压力为1～10kpa，例如：1kpa、2kpa、5kpa、8kpa或10kpa等。
27、在一个实施方式中，所述煅烧处理的温度为600～800℃，例如：600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
28、在一个实施方式中，所述煅烧处理的时间为8～15h，例如：8h、10h、12h、14h或15h等。
29、在一个实施方式中，步骤(3)所述银盐溶液中银离子的浓度为0.02～0.2mol/l，例如：0.02mol/l、0.05mol/l、0.1mol/l、0.15mol/l或0.2mol/l等。
30、在一个实施方式中，步骤(3)所述置换反应的时间为2～5h，例如：2h、2.5h、3h、4h或5h等。
31、在一个实施方式中，所述置换反应后进行过滤、洗涤和干燥处理。
32、第二方面，本申请提供了一种复合磷酸铁锂正极材料，所述复合磷酸铁锂正极材料通过如第一方面所述方法制得。
33、在一个实施方式中，所述复合磷酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述铁源包括氯化铁和/或硝酸铁。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述磷源包括磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵或磷酸中的任意一种或至少两种的组合。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述溶剂包括水；
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，步骤(1)所述第一pH为1.2～2.0；
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，所述第二pH为2.0～2.4；
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述烧结处理的温度为500～700℃；
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂或草酸锂中的任意一种或至少两种的组合；
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述煅烧处理的气氛包括氢气和/或一氧化碳；
10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其中，所述煅烧处理的温度为6
11.如权利要求1-10任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述银盐溶液中银离子的浓度为0.02～0.2mol/L。
12.如权利要求1-11任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述置换反应的时间为2～5h；
13.一种复合磷酸铁锂正极材料，其中，所述复合磷酸铁锂正极材料通过如权利要求1-12任一项所述方法制得；
14.一种正极极片，其中，所述正极极片包含如权利要求13所述的复合磷酸铁锂正极材料。
15.一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池包含如权利要求14所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述铁源包括氯化铁和/或硝酸铁。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述磷源包括磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵或磷酸中的任意一种或至少两种的组合。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述溶剂包括水；
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，步骤(1)所述第一ph为1.2～2.0；
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，所述第二ph为2.0～2.4；
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述烧结处理的温度为500～700℃；
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂或草酸锂中的任意一种或...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，李爱霞，谢英豪，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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