專利名稱：一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池正極材料及其制備方法，特別是一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料及其制備工藝。
背景技術(shù)：
電極材料是鋰離子二次電池需要解決的關(guān)鍵問題之一，而正極材料是制約鋰離子電池發(fā)展的瓶頸，其決定著鋰離子電池的性能、價格及發(fā)展。眾所周知，已商品化的LiCoO2和正受廣泛研究的LiNiO2與LiMn2O4正極材料各具其優(yōu)點，但是LiNiO2合成困難，不易工業(yè)化生產(chǎn)；LiMn2O4實際比容量低，循環(huán)性能差。而橄欖石型LiFePO4作為鋰離子二次電池新型正極材料則兼具上述各種材料的優(yōu)點，特別是其安全性和熱穩(wěn)定性好，價格便宜且無污染，充放電效率高。已有文獻(xiàn)報道用高溫固相反應(yīng)合成出LiFePO4，其放電容量為120mAh/g，循環(huán)性能差，500周循環(huán)容量保持原來的80％，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料及其制備工藝，用此工藝制備的鋰離子電池正極材料既具有鋰離子電池一般優(yōu)點外，還具有放電容量高達(dá)150mAh/g，500周循環(huán)容量保持90％以上，而成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料，含有鋰、鐵和磷，其特征在于該正極材料的分子式為LiFe0.99M0.01PO4/C，式中M為Cr、Zn、Ca。Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.0-1.1∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05。包括有下列工序；(1)將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖按Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.0-1.1∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05進(jìn)行混合2小時，球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘；(2)將工序(1)得到的粉末物料在惰性氣氛和300-350℃下進(jìn)行低溫預(yù)熱處理5小時；(3)將上述工序(2)制得的物料再進(jìn)行球磨，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和600-700℃下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料。本發(fā)明由于在磷酸亞鐵鋰中摻雜了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的金屬元素Cr、Zn、Ca，和表面包覆并優(yōu)化了合成工藝條件，因而與現(xiàn)有技術(shù)比較具有放電容量達(dá)150mAh/g，500周循環(huán)容量保持原來的90％以上且成本低的顯著優(yōu)點。
具體實施例方式本發(fā)明有以下實施例實施例1、1.將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖物料按與Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.02∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05混合2小時后再球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘。
2.將上述工序得到的粉末物料惰性氣氛保護(hù)下350℃低溫預(yù)熱處理5小時。
3.將上述預(yù)熱處理的物料再進(jìn)行高速球磨2小時后，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和600℃高溫下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜表面包覆導(dǎo)電性能好的碳元素的磷酸亞鐵鋰正極材料。
實施例2、1.將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖物料按與Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.04∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05混合2小時后再球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘。
2.將上述工序得到的粉末物料惰性氣氛保護(hù)下350℃低溫預(yù)熱處理5小時。
3.將上述預(yù)熱處理的物料再進(jìn)行高速球磨2小時后，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和600℃高溫下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜表面包覆導(dǎo)電性能好的碳元素的磷酸亞鐵鋰正極材料。
實施例3、1.將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖物料按與Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.06∶0.99∶0.005∶0.0025∶1∶0.0025∶0.05混合2小時后再球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘。
2.將上述工序得到的粉末物料惰性氣氛保護(hù)下350℃低溫預(yù)熱處理5小時。
3.將上述預(yù)熱處理的物料再進(jìn)行高速球磨2小時后，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和600℃高溫下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜表面包覆導(dǎo)電性能好的碳元素的磷酸亞鐵鋰正極材料。
實施例4、1.將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖物料按與Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.08∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05混合2小時后再球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘。
2.將上述工序得到的粉末物料惰性氣氛保護(hù)下350℃低溫預(yù)熱處理5小時。
3.將上述預(yù)熱處理的物料再進(jìn)行高速球磨2小時后，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和600℃高溫下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜表面包覆導(dǎo)電性能好的碳元素的磷酸亞鐵鋰正極材料。
實施例5、1.將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖物料按與Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.04∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05混合2小時后再球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘。
2.將上述工序得到的粉末物料惰性氣氛保護(hù)下300℃低溫預(yù)熱處理5小時。
3.將上述預(yù)熱處理的物料再進(jìn)行高速球磨2小時后，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和600℃高溫下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜表面包覆導(dǎo)電性能好的碳元素的磷酸亞鐵鋰正極材料。
實施例6、1.將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖物料按與Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.04∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05混合2小時后再球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘。
2.將上述工序得到的粉末物料惰性氣氛保護(hù)下350℃低溫預(yù)熱處理5小時。
3.將上述預(yù)熱處理的物料再進(jìn)行高速球磨2小時后，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和650℃高溫下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜表面包覆導(dǎo)電性能好的碳元素的磷酸亞鐵鋰正極材料。
實施例7、1.將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖物料按與Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.04∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05混合2小時后再球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘。
2.將上述工序得到的粉末物料惰性氣氛保護(hù)下350℃低溫預(yù)熱處理5小時。
3.將上述預(yù)熱處理的物料再進(jìn)行高速球磨2小時后，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和700℃高溫下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜表面包覆導(dǎo)電性能好的碳元素的磷酸亞鐵鋰正極材料。
將上述方法制備的鋰離子電池正極材料與鋰離子電池負(fù)極材料石墨，以偏氟乙烯為極板粘結(jié)劑，分別制成鋰離子電池的正極片與負(fù)極片，以聚丙烯微孔膜為電極隔膜，以體積比碳酸二甲酯∶碳酸二乙酯∶碳酸乙烯酯＝1∶1∶1的1M六氟磷酸鋰為電解液組裝成鋰離子電池，其性能見下表
權(quán)利要求
1.一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料，含有鋰、鐵和磷，其特征在于該正極材料的分子式為LiFe0.99M0.01PO4/C，式中M為Cr、Zn、Ca。
2.如權(quán)利要求1所述的一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料，其特征在于Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.0-1.1∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05。
3.一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料的制備工藝，其特征在于包括有下列工序；(1)將碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽、鋅鹽、鈣鹽、磷源和葡萄糖按Li∶Fe∶Cr∶Zn∶Ca∶P∶C的原子比為1.0-1.1∶0.99∶0.005∶0.0025∶0.0025∶1∶0.05進(jìn)行混合2小時，球磨4小時，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘；(2)將工序(1)得到的粉末物料在惰性氣氛和300-350℃下進(jìn)行低溫預(yù)熱處理5小時；(3)將上述工序(2)制得的物料再進(jìn)行球磨，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，在惰性氣氛保護(hù)下和600-700℃下進(jìn)行灼燒處理8小時，冷卻球磨過300目篩，制成本發(fā)明內(nèi)部摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料及其制備工藝，涉及一種電池正極材料及其制備方法，本發(fā)明的目的是用此工藝制備的鋰離子電池正極材料既具有鋰離子電池一般優(yōu)點外，還具有放電容量高達(dá)150mAh/g，500周循環(huán)容量保持90％以上，而成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案要點是，一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料，其分子式為LiFe
文檔編號C01B25/45GK1921187SQ20061010698
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
發(fā)明者楊書廷, 王濤, 李述中, 崔成偉, 尹艷紅, 李敬磊, 韓金東, 張玉亮, 王德民, 周奧博 申請人:新鄉(xiāng)市中科科技有限公司