本发明专利技术涉及一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法，将铁源、镍源、有机酸和磷源按照一定比例溶于去离子水中，加入分散剂，搅拌，得混合溶液，再将均匀溶于去离子水的锂源慢慢滴加到混合溶液中，滴加结束后调节pH至7.5-8.2，将所得弱碱性混合溶液转移到高压反应釜中，封闭反应釜，在80℃～220℃下保温1h～3h，冷却后，打开高压反应釜，取出反应生成物，多次用去离子水过滤，洗涤，将所得滤饼干燥，后将所得的含镍的磷酸铁锂粉末与含碳有机化合物按照质量比10:1～4在酒精中球磨1～3h，干燥，在氮气保护下，于600℃～800℃烧结1～4h，即得产品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池正极材料的制备，确切的说是一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法。
技术介绍
在20世纪90年代初，锂离子二次电池由日本SONY公司开发成功后，就成为全世界研究的热点。与铅酸蓄电池、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、比能量高、体积小、无记忆效应和循环寿命长等优点。目前，锂离子二次电池广泛应用于移动电话、笔记本电脑和摄像机等便携式电子设备中；同时在电动汽车、航空、航天和空间技术等领域也有相当的应用前景。目前使用的最多的锂离子电池正极材料是层状的过渡金属氧化物LiCoO2材料。除此之外用于锂离子电池的正极材料还有LiNiO2、尖晶石型化合物LiMn2O4等材料。从材料的充放电电压、充放电可逆性、充放电效率、放电容量等方面的性能来看，LiCoO2材料是非常适合作为锂离子电池正极材料的，它的唯一不足是成本太高， LiNiO2材料具有与LiCoO2材料相同的结构，层状LiNiO2材料非常难以合成；LiMn2O4就是它的理论容量较小，循环性能不好。LiFePO4的理论容量为170mAh/g，放电平台3. 4V，由于在锂的脱出和嵌入过程中无体积变化，高温下充放电不释出活性氧，具有优良的循环性和安全性，这些优点促进 LiFePO4正极材料的发展。但是LiFePCM的电子电导率极低，室温下仅为10_7 10-9S/cm， 属于一种半导体材料；况且该材料的锂离子扩散速率也不如人意，使得它在大电流充放电时容量迅速下降，高倍率性能差，而且LiFePO4的制备过程中存在工艺复杂、耗能大、成本高、性能一致性差和颗粒分布不均勻等缺点，从而制约了 LiFePO4的实际应用解决LiFePO4电导率低和离子扩散慢的问题，目前研究认可的途径主要有二 1、通过离子掺杂和碳包覆合成LiFeP04/C复合材料或通过其他途径增强其导电性；2、制备粒径小且分布均勻的LiFePO4颗粒，以减少锂离子的扩散路径。开发一种工艺简单、颗粒分布均勻、性能优良的合成工艺，解决LiFePO4正极材料的发展所遇的难题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、易于控制的离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法。本专利技术采用如下技术方案 本专利技术的特征在于其包括以下步骤A、将铁源、镍源、有机酸和磷源按照一定比例溶于去离子水中，加入为离子掺杂高性能磷酸铁锂产品理论产量的1% 10%的分散剂，不断搅拌，得混合溶液，再将均勻溶于去离子水的锂源慢慢滴加到混合溶液中，其中Li =Fe =Ni :P=3 3. 5:l_x:x 1 1. 2，x=0. 01 0. 06，滴加结束后调节PH至7. 5 8. 2，得弱碱性混合溶液；B、将A步骤所得弱碱性混合溶液转移到高压反应釜中，封闭反应釜，在80°C 220°C下保温Ih 3h，冷却后 ，取出反应生成物，将生成物过滤洗涤，再将所得滤饼在50°C 100°C 下干燥，得到含镍的磷酸铁锂粉末；C、将步骤B所得的含镍的磷酸铁锂粉末与含碳有机化合物按照质量比10:1 4在酒精中球磨1 3h，在50°C 100°C下干燥，再在氮气保护下，于600°C 800°C烧结1 4h， 艮口得广品。所述的镍源为醋酸镍或氯化镍，所述的铁源为硫酸亚铁或氯化亚铁，所述的有机酸为马来酸、柠檬酸和抗坏血酸中的一种，所述的分散剂为聚乙烯醇，聚丙烯酰胺中的一种或两种，所述的磷源为磷酸或磷酸二氢铵，所述的锂源为氢氧化锂或醋酸锂，所述的含碳有机化合物为马来酸、蔗糖和淀粉中的一种。所述的一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法，其特征在于步骤 B中所述的过滤操作中使用40°C 50°C的去离子水，步骤B与步骤C中的干燥均在真空中进行。本专利技术的有益效果在于本专利技术通过反应原料在水热的环境下直接反应制得，在反应中添加金属离子，再加上分散剂在混合溶液中的分散，整个过程控制简单、循环时间短和能耗小。所得到的镍离子掺杂的磷酸铁锂颗粒分布均勻，电化学性能优越。本专利技术该方法合成工艺简单，能耗低，效率高，所制得的镍离子掺杂的磷酸铁锂材料的颗粒分布均勻，结晶性好，放电平台比较平整， 倍率和循环性能高，0. 2C放电容量为158. 9mAh/g，可用于锂电池正极材料。附图说明图1为实施例1产品的XRD图谱；图2为实施例1产品的0. 2C倍率的充、放电曲线； 图3为实施例1产品不同倍率的循环性能。具体实施例方式结合以下具体实施例，对本专利技术做进一步详细说明。实施例1a)参见图 1-图 3，将 1021. 65g 的 FeS04*7H20、9. 73gNiCl2、IOOg 抗坏血酸禾口 432. 5g含量为85%的H3PO4混合在一起，加入5. 925g的聚乙烯醇，再加入2. 5L去离子水，然后不停的搅拌，同时将472gLi0H*H20 (分析纯)溶解在2. 5L的去离子水中，搅拌得氧化锂溶液，后奖氢氧化锂溶液慢慢滴加在混合溶液中，调节PH值至8。再将混合溶液转移到IOL的反应釜中， 适当添加去离子水，密封，在180°C保温2h。b)上述反应完成后，冷却到室温，将生成物过滤洗涤，滤饼在80°C的真空中烘干 12h，得到含镍的磷酸铁锂粉末。c)将含镍的磷酸铁锂粉末和马来酸按质量比为4:1在酒精溶液里进行球磨2h， 烘干，然后在650°C进行烧结2h，即得到碳包覆均勻的高性能LiFe1-XNi χΡ04粉末产品， 0. 2C放电比容量达到158. 9mAh/g。实施例2a)将 457. 2g 的 FeCl2 、19. 46gNiCl2、98. 8g 马来酸和 432. 5g 含量为 85% 的 H3PO4 混合在一起，加入8. 89g的聚丙烯酰胺，再加入2. 5L去离子水，然后不停的搅拌。同时将742. 5g 醋酸锂(分析纯)溶解在2. 5L的去离子水中，搅拌得到纯清的溶液。然后醋酸锂溶液慢慢滴加在混合溶液中，调节PH值至弱碱性。再将混合溶液转移到IOL的反应釜中，适当添加去离子水，密封，在190°C保温2h。b)上述反应完成后，冷却到室温，将生成物过滤洗涤，滤饼在90°C的真空中烘干 12h，得到含镍的磷酸铁锂粉末。c)将含镍的磷酸铁锂粉末和柠檬酸按质量比为10:3在酒精溶液里进行球磨2h， 烘干，然后在650°C进行烧结1. 5h，即得到碳包覆均勻的高性能LiFe1-XNi χΡ04粉末产品， 0. 2C放电比容量达到157mAh/g。实施例3a)将409. 93g的醋酸铁、8. 84g醋酸镍、IOOg抗坏血酸和431. 25的NH4H2PO4混合在一起，加入11. 85聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的混合物，再加入2. 5L去离子水，然后不停的搅拌。同时将472gLi0H*H20 (分析纯)溶解在2. 5L的去离子水中，搅拌得到纯清的溶液，然后慢慢滴加在混合溶液中，调节PH值至弱碱性。再将混合溶液转移到IOL的反应釜中，适当添加去离子水，密封，在200°C保温1. 5h。b)上述反应完成后，冷却到室温，将生成物过滤洗涤，滤饼在95°C的真空中烘干 12h，得到含镍的磷酸铁锂粉末。c)将含镍的磷酸铁锂粉末和柠檬酸按质量比为5:1在酒精溶液里进行球磨2h， 烘干，然后在700°C进行烧结lh，即得到碳包覆均勻的高性能LiFe1-XNi χΡ0本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法，其特征在于其包括以下步骤：Ａ、将铁源、镍源、有机酸和磷源按照一定比例溶于去离子水中，加入为离子掺杂高性能磷酸铁锂产品理论产量的１％～１０％的分散剂，不断搅拌，得混合溶液，再将均匀溶于去离子水的锂源慢慢滴加到混合溶液中，其中Ｌｉ：Ｆｅ：Ｎｉ：Ｐ＝３～３．５：１－ｘ：ｘ：１～１．２，ｘ＝０．０１～０．０６，滴加结束后调节ＰＨ至７．５～８．２，得弱碱性混合溶液；Ｂ、将Ａ步骤所得弱碱性混合溶液转移到高压反应釜中，封闭反应釜，在８０℃～２２０℃下保温１ｈ～３ｈ，冷却后，取出反应生成物，将生成物过滤洗涤，再将所得滤饼在５０℃～１００℃下干燥，得到含镍的磷酸铁锂粉末； Ｃ、将步骤Ｂ所得的含镍的磷酸铁锂粉末与含碳有机化合物按照质量比１０：１～４在酒精中球磨１～３ｈ，在５０℃～１００℃下干燥，再在氮气保护下，于６００℃～８００℃烧结１～４ｈ，即得产品。
【技术特征摘要】
1.一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法，其特征在于其包括以下步骤A、将铁源、镍源、有机酸和磷源按照一定比例溶于去离子水中，加入为离子掺杂高性能磷酸铁锂产品理论产量的1% 10%的分散剂，不断搅拌，得混合溶液，再将均勻溶于去离子水的锂源慢慢滴加到混合溶液中，其中Li =Fe =Ni :P=3 3. 5:l_x:x 1 1. 2，x=0. 01 0. 06，滴加结束后调节PH至7. 5 8. 2，得弱碱性混合溶液；B、将A步骤所得弱碱性混合溶液转移到高压反应釜中，封闭反应釜，在80°C 220°C下保温Ih 3h，冷却后，取出反应生成物，将生成物过滤洗涤，再将所得滤饼在50°C 100°C 下干燥，得到含镍的磷酸铁锂粉末；C、将步骤B所得的含镍的磷酸铁锂粉末与含碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹贺坤，陈海涛，张羽，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：34
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。