專利名稱：一種鋰離子電池正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、資源和能源日益短缺、傳統(tǒng)能源對環(huán)境帶來巨大的污染，研究和開發(fā)高效、安全、無污染的再生能源勢在必行。同時飛速發(fā)展的微電子技術(shù)，使得電子儀器設(shè)備呈現(xiàn)小型化趨勢，并且無線通訊及各種便攜式電子產(chǎn)品已經(jīng)成為人們生活不可或缺的組成部分。因此電源的供應(yīng)成為一個急待解決的問題，小型二次電池的功能與特性已成為決定新一代無線電通訊與筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品市場競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵因素。另一方面，為了根除汽車尾氣污染，研制電動機(jī)車型電池系統(tǒng)更是電池發(fā)展的一個重要方向。鋰離子電池作為新一代的綠色高能充電電池，與常用的鉛酸蓄電池、鎘鎳電池，氫鎳等二次電池相比，具有工作電壓高(3. 6V左右)、充放電壽命長、比能量大(體積比能量約為300Wh Γ1)、放電電壓平穩(wěn)和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，鋰離子電池能適應(yīng)現(xiàn)代科技對電池小型高能化的要求，是目前發(fā)展最佳的新型電池技術(shù)之一。鋰離子電池主要包括正極、負(fù)極、電解液、黏結(jié)劑、隔膜和外殼等幾個部分。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，正極材料性能在很大程度上決定了電池的綜合性能，從而正極材料研究和性能改進(jìn)是鋰離子電池發(fā)展的核心之一?，F(xiàn)今廣泛研究的鋰離子電池正極材料主要是過渡金屬氧化物，如層狀結(jié)構(gòu)的LiMO2 (M = Co, Ni, Mn)和尖晶石型結(jié)構(gòu)的錳酸鋰(LiMn2O4)；以及LiFePO4等聚陰離子型化合物。其中LiFePO4正極材料因環(huán)保、價格低廉、理論比容量高、性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但因存在電子傳導(dǎo)率低和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)小，而使其實(shí)際應(yīng)用受到了限制。 目前主要通過碳包覆或金屬包覆，金屬離子摻雜和控制粒徑大小等方法對LWePO4進(jìn)行改性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種制備方法簡單， 容易控制，成本較低的鋰離子電池正極材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將氫氧化鋰，磷酸，硫酸亞鐵分別用去離子水溶解，將氫氧化鋰溶液和磷酸溶液先混合形成白色乳液，然后加入硫酸亞鐵溶液形成淡綠色乳液，攪拌均勻后快速后置于高壓反應(yīng)釜中，控制溫度為180°C保溫反應(yīng)2-1 生成磷酸鐵鋰前驅(qū)體，經(jīng)過抽濾、洗滌、干燥后將磷酸鐵鋰前驅(qū)體浸漬在葡萄糖溶液中，再將浸漬好葡萄糖的前驅(qū)體于100°C真空干燥M小時，烘干后通過碳熱還原法包覆15-25wt%的碳，得到電池正極材料磷酸鐵鋰/碳。
所述的高壓反應(yīng)釜中Li P !^e摩爾比為3 1 1。所述的高壓反應(yīng)釜的填充度為50V/V%。所述的葡萄糖溶液中，所含葡萄糖的質(zhì)量為磷酸鐵鋰的15-25%。所述的碳熱還原法分為兩段煅燒，首先控制溫度為350°C煅燒5小時，然后控制溫度為700°C煅燒12小時，兩段煅燒均采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以合成納米級磷酸鐵鋰/碳的電極材料，制備方法簡單，容易控制，成本較低，由此得到的磷酸鐵鋰/碳粉體顆粒平均粒徑細(xì)小，大約為 250-400nm，顆粒分布均勻，電池性能優(yōu)越，首次充放電比容量為146. 7mAh/g。


圖1為實(shí)施例1樣品的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖；圖2為實(shí)施例1樣品X射線衍射圖譜(XRD)；圖3為實(shí)施例1樣品的N2吸附等溫線和BJH孔徑分布圖；圖4為實(shí)施例7在0. IC下的首次恒流充放電曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1以氫氧化鋰，磷酸，為硫酸亞鐵原料，按Li P Fe摩爾比為3 1 1化學(xué)計量比稱量。將3. 78g的氫氧化鋰溶于20mL去離子水中，再加入IOmL的H3PO4與LiOH溶液混合均勻，經(jīng)攪拌幾分鐘后，最后加入20mL硫酸亞鐵(8. 34g)溶液混合，轉(zhuǎn)入IOOmL的水熱反應(yīng)釜中，填充度為50v/v%。將反應(yīng)釜置于烘箱中，以3°C miiT1的升溫速率從室溫升溫至180°C反應(yīng)池取出，自然冷卻到室溫，用去離子水洗滌過濾至中性。所得淺綠色產(chǎn)物于 100°C烘干1 后得到250-400nm的磷酸鐵鋰粉體，顆粒均勻，其SEM圖譜如圖1所示。將水熱合成材料磷酸鐵鋰與葡萄糖按一定質(zhì)量比20wt. %通過浸漬法混合，溶劑為去離子水和無水乙醇，于100°C烘干后，置于管式爐中，在隊保護(hù)下，以10°C miiT1的升溫速率先升溫到 350°C，恒溫證，冷卻后取出研磨。然后以10°C miiT1的升溫速率分別升溫到600°C，700°C， 800°C，保溫1 后得到LiFeP04/C碳包覆復(fù)合材料，其XRD圖譜和所得產(chǎn)物N2吸附等溫線與孔結(jié)構(gòu)分布分別如圖2和如圖3所示，其XRD圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜溫和，根據(jù)IUPAC對吸附等溫線的分類標(biāo)準(zhǔn)Lii^P04/C復(fù)合材料表現(xiàn)為非孔或大孔材料的II型等溫吸附曲線；其中吸附等溫線滯留回環(huán)表現(xiàn)為H3滯留環(huán)。實(shí)施例2實(shí)施例2與實(shí)施例1類似，不同之處在于水熱反應(yīng)時間為5h，不經(jīng)過碳熱還原法進(jìn)行包覆，所得產(chǎn)物顆粒變大。實(shí)施例3實(shí)施例3與實(shí)施例2類似，不同之處在于水熱反應(yīng)時間為9h，不經(jīng)過碳熱還原法進(jìn)行包覆，所得產(chǎn)物顆粒變大。實(shí)施例4實(shí)施例4與實(shí)施例2類似，不同之處在于水熱反應(yīng)時間為12h，不經(jīng)過碳熱還原法進(jìn)行包覆，所得產(chǎn)物顆粒變大。實(shí)施例5實(shí)施例5與實(shí)施例1類似，不同之處在于水熱合成材料磷酸鐵鋰與葡萄糖按一定質(zhì)量比15wt. %通過浸漬法混合。實(shí)施例6實(shí)施例6與實(shí)施例1類似，不同之處在于水熱合成材料磷酸鐵鋰與葡萄糖按一定質(zhì)量比25wt. %通過浸漬法混合。實(shí)施例7模擬電池組裝正極材料為實(shí)例1合成的Lii^eP04/C碳包覆復(fù)合材料，負(fù)極為金屬鋰片，隔膜為Celgard2700聚丙烯微孔膜，電解液中電解質(zhì)為六氟磷酸鋰(LiPF6)，溶劑為碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)(體積比為1:1)。在真空手套箱里組裝成CR2032型扣式電池，在Land測試儀上進(jìn)行充放電測試，充放電電壓范圍為2. 2-3. 8V。恒流充放電圖見圖4所示，其首次充放電為146. 7mAh/g。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將氫氧化鋰，磷酸，硫酸亞鐵分別用去離子水溶解，將氫氧化鋰溶液和磷酸溶液先混合形成白色乳液，然后加入硫酸亞鐵溶液形成淡綠色乳液，攪拌均勻后快速后置于高壓反應(yīng)釜中，控制溫度為180°C保溫反應(yīng)2-1 生成磷酸鐵鋰前驅(qū)體，經(jīng)過抽濾、洗滌、干燥后將磷酸鐵鋰前驅(qū)體浸漬在葡萄糖溶液中，再將浸漬好葡萄糖的前驅(qū)體于100°C真空干燥M小時，烘干后通過碳熱還原法包覆15-25wt%的碳，得到電池正極材料磷酸鐵鋰/碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述的高壓反應(yīng)釜中Li P !^e摩爾比為3 1 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述的高壓反應(yīng)釜的填充度為50V/V%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述的葡萄糖溶液中，所含葡萄糖的質(zhì)量為磷酸鐵鋰的15-25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，所述的碳熱還原法分為兩段煅燒，首先控制溫度為350°C煅燒5小時，然后控制溫度為700°C煅燒 12小時，兩段煅燒均采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，首先是將氫氧化鋰，磷酸，硫酸亞鐵按以下元素的摩爾比Li∶P∶Fe＝3∶1∶1，分別用去離子水溶解，氫氧化鋰和磷酸先混合形成白色乳液，然后加入硫酸亞鐵溶液形成淡綠色乳液，攪拌均勻后放入高壓反應(yīng)釜中，在180℃下保溫2-12h生成磷酸鐵鋰，利用葡萄糖為碳源，通過碳熱還原法合成磷酸鐵鋰/碳，即為產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備方法簡單，容易控制，成本較低，由此得到的磷酸鐵鋰/碳粉體顆粒平均粒徑細(xì)小，大約為250-400nm，顆粒分布均勻，電池性能優(yōu)越，首次充放電比容量為146.7mAh/g。
文檔編號H01M4/1397GK102593428SQ20111000481
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者劉亞菲, 劉愛芳, 徐媛媛, 胡中華, 馬婧, 高歌 申請人:同濟(jì)大學(xué)