本发明专利技术提供一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法：将含有Li+、Fe3+/Fe2+和PO43-的化合物按一定比例进行混合，将混合物在无氧气氛中进行预烧，预烧产物冷却后加入改性原料并混合均匀，然后进行压实处理，压实产物置于高温炉中，在无氧气氛中进行高温固相反应，反应完成后在无氧气氛中冷却，即得LiFePO4正极材料。由此得到的磷酸亚铁锂样品具有质量均一，克容量高的特点。本方法设备和工艺简单，制备条件容易控制，便于大规模工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种锂离子电池正极材料LiFePO4的制备方法，尤其是采用固相合成工艺来制备高容量型锂离子电池正极材料LiFePO4的方法。
技术介绍
随着社会经济、科学技术的发展和人们生活水平的提高，各国对能源的需求日益增大，能源问题日益严峻，开发新型能源对社会的可持续发展至关重要。在众多的二次电池中，锂离子二次电池自其诞生之初便以其特有的优势而扮演着不可或缺的角色。1997年，I^dhi在美国德克萨斯州立大学Goodenough教授指导下，研究了几种锂过渡金属磷酸盐系材料的合成和电化学性能，发现橄榄石型的LiFePO4在0. 05mA/cm2充放电流密度下，约3. 5V(vs. Li+/Li)平台电位范围内可以得到100-110mAh/g的比容量，为其理论比容量170mAh/g的60%，已经接近当时商品化正极材料LiCoA的实际放电比容量水平，而且充放电曲线非常平坦，这一发现引起国际电化学界不少研究人员的注意。由于 Lii^ePO4原料来源广泛，价格低廉，无环境污染，材料的热稳定性好，所制备电池的安全性能突出，使得其在各种可移动电源领域，特别是电动车所需的大型动力电源领域有着极大的市场前景，这种大型动力电源对材料的体积比容量要求低，而对材料价格、安全性及环保性能要求较高，从而使LiFePO4成为非常具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。作为一种电极材料，LiFePO4面临的主要问题是电子导电率低和离子扩散性能差， 目前主要采用三种方法改进其导电性能，(1)采用“软化学”合成方法和手段来控制产物颗粒的大小和形貌；( 在颗粒表面包覆导电物质提高复合材料的导电能力；C3)离子掺杂以改善LiFePO4的电子电导率。通过研究，我们发现在传统固相合成的方法上加以改进后即可合成性能优良的LiFePCM正极材料，该方法具有成本低、产品比容量高等优点。现有的一些专利，主要是采用一次烧成的方式，也有采用微波加热合成的方式。与现有的方法相比，本方法采用了二次烧成的方式，从而有效的避免了一次烧成过程中出现的反应物分解产生大量气体从而不利于反应进行的缺点。在预烧之后，进行二次粉碎混合可以使得一次分散不均勻的反应物颗粒得到再次的混合，从而避免了一次烧成中经常出现的质量不均勻的现象。压实后的烧结有效的降低了了反应物之间的间隙，使得固体颗粒间的物质传送更容易，从而减少了未反应完全的杂相，促进了高温固相反应的顺利进行。本方法选用的设备都是相对廉价易推广的设备，从而避免了采用微波发生器等一次性投入较大的生产设备，用本方法制得的磷酸亚铁锂材料具有克容量大，质量均一等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种LiFePO4正极材料的优化合成方法，该方法简单易行，具有大规模生产价值。具体步骤如下(1)将含有Li+、Fe3VFe2和P043_的化合物，进行混合(2)将混合物在无氧气氛中进行预烧；(3)预烧完产物冷却后取出，加入改性原料，进行压实处理(4)压实产物置于高温炉中，在无氧气氛中进行高温固相反应；(5)煅烧完成并且产物冷却后取出，粉碎即得LiFePO4正极材料。其中，所述含有Li+的化合物选自Li+的氢氧化物、氧化物、氯化物、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐、草酸盐、甲酸盐等。含有!^e3VFe2的化合物选自！^e的氧化物、氢氧化物、磷酸盐、醋酸盐、草酸盐等。含有P043—的化合物选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二氨、磷酸铵、磷酸铁、磷酸亚铁、磷酸亚铁铵、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂等。Li Fe PO4 的摩尔比为 0. 95-1. 10 0.95-1.05 0. 95-1. 05 ；改性原料选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等。其作用为表面改性，从而增加磷酸亚铁锂微颗粒间的电子导电性。高温炉为带有密封性的加热炉，其作用是保持反应空间内的无氧气氛，防止空气中的氧气进入反应器。反应气氛为氧分压小于10 的无氧气氛，可以通过真空，空气除氧，加入惰性气体或还原性气体等方式达到降低氧含量的效果，氧的含量越低，相应条件下合成出的产品纯度越高。在预反应之后，产物需经过压实处理，其目的是为了减少晶粒间的空隙，增加晶粒间的接触面积。在压实时，可以采用特殊的设备进行真空压实，或加入粘连剂，增加颗粒间的相互作用。压实时的压强可以根据产品的最终用途而定，选择范围为1.0-500Mpa。所述步骤⑵的温度为250_600°C，所述步骤⑷的温度为500-850°C。LiFeP04 的电化学性能与合成温度有密切关系。合成温度过低时，产物中含有较多杂质或原料反应不完全，比容量较低；煅烧温度过高时，LiFePCM结晶颗粒较大，不利于锂离子的嵌入和脱出，电化学性能测定表明，同样的纯度下，结晶颗粒越大，比容量越小。对于不同原料和不同煅烧设备，最佳煅烧温度也有一定差别。虽然固相混合法有反应时间较长、能耗较大等不足之处，但其合成设备和工艺简单，制备条件容易控制，便于大规模工业化生产。如果在合成前将原料充分研磨，使原料颗粒间充分接触，而后在充分分解后进行热处理，则能获得结构和性能优良的产品。采用这种方法合成的产品可以广泛用于电动自行车，电动汽车及风能，太阳能发电的储能设施等领域。附图说明图1为实施例1合成的磷酸铁锂的XRD2为实施例2合成的磷酸铁锂充放电测试曲线图具体实施例方式为了更清楚地说明本专利技术，列举以下实例，但对本专利技术无任何限制。实施例1将0. Imol LiOH · H20、0. Imol FeC204 · 2Η20、0· Imol NH4H2PO4 混合后研磨 4 小时，然后转移到石英舟中，在氮气保护的密封管式炉中，350°C下反应4小时，产物经冷却后取出，分成三份，分别加入每份质量5^,10^,15%的葡萄糖，研磨4小时，通过压片机将混合物压实，压实后的产物后在氮氢混合气保护的密封管式炉中，在750°C下反应9小时，冷却后将产品磨碎，得到磷酸铁锂产品。所得产品的XRD图如图1所示，正极材料的电化学性能如表1所示。实施例2将1. 03mol Li2CO3, 2mol FeC2O4 · 2H20, 2mol NH4H2PO4 混合均勻，加入丙酮，在球磨机中球磨他，将球磨产物取出，在真空烘箱中90°C真空干燥3小时，将干燥后的产物置于管式电阻炉中，通入氢氩混合气，350°C下反应4小时，自然冷却至室温后，取出样品，加入产物质量5 %的蔗糖，研磨均勻后，在压力机上进行压实，压实后得到的产物放入石英舟内，在密封管式炉中，650°C下反应10小时，自然冷却至室温后，将产品取出粉碎，得到磷酸亚铁锂产品。性能测试正极片的制备取上述实施例所得的磷酸铁锂作为正极活性物质(LFP)，将其与粘结剂聚四氟乙烯乳液、导电剂炭黑、溶剂乙醇以LFP 炭黑聚四氟乙烯乳液乙醇质量比为80 15 5 50混合均勻，然后用辊压机将混合物压成片状，片状物经真空干燥， 制成扣式电池用正极片。在充满惰性气体的密封手套箱内，用上述正极片与对电极金属锂片及聚丙烯隔膜组成电池电芯，加入浓度为lmol/L的LiPF6/EC-DMC电解液，制成扣式电池。将制得的扣式电池在10°C下，在2. 7-4. OV间以0. IC电流进行充放电实验，检测放电容量。根据实验结果可计算出样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种ＬｉＦｅＰＯ４正极材料的制备方法，包括如下步骤：（１）将含有Ｌｉ＋、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２－和ＰＯ４３－的化合物，进行混合（２）将混合物在无氧气氛中进行预烧；（３）预烧完产物冷却后取出，加入改性原料，进行压实处理（４）压实产物置于高温炉中，在无氧气氛中进行高温固相反应；（５）煅烧完成并且产物冷却后取出，粉碎即得ＬｉＦｅＰＯ４正极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国奇，肖齐，郭天顺，
申请(专利权)人：刘国奇，
类型：发明
国别省市：37
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。