金屬離子-LiFePO4-C復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種金屬離子-LiFePO4-C復(fù)合材料的制備方法，屬于能源材料制備工藝領(lǐng)域。本發(fā)明先選擇的抗壞血酸作為最佳的碳源，采用共沉淀法制備LiFeP04/C復(fù)合正極材料，再用球磨法制備出用鎂和鋁部分替代鋰位的金屬離子-LiFePO4-C復(fù)合材料，可以極大地提高復(fù)合材料的比能量和循環(huán)穩(wěn)定性，改善其導(dǎo)電能力。
【專利說(shuō)明】金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源材料制備工藝領(lǐng)域,涉及一種金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子二次電池具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、等優(yōu)點(diǎn)，自上世紀(jì)九十年代sony推出首款鋰離子二次電池后得到廣泛的應(yīng)用，鋰離子二次電池的研發(fā)也受到廣泛關(guān)注。
[0003]在各種儲(chǔ)鋰正極材料中，LiFePO4由于安全性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、原材料來(lái)源廣泛、無(wú)環(huán)污染等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，自1997年John B.Goodenough教授首次發(fā)現(xiàn)其可逆嵌脫鋰離子的特性后，電池界引起了一場(chǎng)巨大的轟動(dòng)。它一直是鋰離子電池正極材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)。特別是近幾年來(lái)，隨著各種改善其倍率性能研究的深入，該類材料的電化學(xué)性能已經(jīng)達(dá)到實(shí)用水平，而且實(shí)現(xiàn)了部分商業(yè)化。因其具有高的能量密度、低廉的價(jià)格、優(yōu)異的安全性的特點(diǎn)，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為最有可能成為EV電池用正極材料。在其具有卓越優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，作為EV電池用正極材料還存在其致命的缺點(diǎn):電子/離子傳輸率低不利于大功率充放電、低溫性能較差。
[0004]因此，如何提高LiFePO4的倍率性能和堆積密度，改善其導(dǎo)電能力，這些問題還有待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，可以極大地提高復(fù)合材料的比能量和循環(huán)穩(wěn)定性，改善其導(dǎo)電能力。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)按照摩爾比1:1:1的比例分別稱取Li0H-H20、還原Fe粉和H3P04 ；
(2)將步驟(I)中稱取好的三種物質(zhì)加入去離子水中配成混合溶液，并在氮?dú)夥罩袛嚢璺磻?yīng)至pH=3?3.5，得到混合物A ；
(3)向步驟(2)中的混合物A中加入抗壞血酸，得到混合物B，所述抗壞血酸的加入量為還原Fe粉物質(zhì)的量的f 2倍；
(4)將步驟(3)中所述的混合物B進(jìn)行干燥，得混合物C；
(5)將步驟(4)中的混合物C和氧化鎂、氧化鋁按比例混合，在無(wú)水乙醇的介質(zhì)中，高速球磨5?8h，得混合物D;
(6)將混合物D在105-120°C烘干，得混合物E；
(7)將混合物E在氮?dú)夥罩校?00-750°C的高溫煅燒4?6h,即得所述的金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料。
[0007]優(yōu)選地，步驟(2)中所述的攪拌反應(yīng)的溫度為70°C。[0008]優(yōu)選地，步驟(4)中所述的干燥為采用高速離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥。
[0009]優(yōu)選地，所述的噴霧干燥的進(jìn)口溫度為220°C、送料流速為15 mL/min。
[0010]優(yōu)選地，步驟(5)所述的高速球磨的轉(zhuǎn)速為18(T240r/min。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
1.本發(fā)明先采用共沉淀法制備LiFeP04/C復(fù)合材料，選擇的抗壞血酸是最佳的碳源，不僅可避免前軀體合成中Fe(Il)組分的氧化，碳化產(chǎn)物還可還原前軀體中的Fe(Ill)雜相，從而提高了 LiFePO4的純度和導(dǎo)電性。
[0012]2.本發(fā)明提供的制備方法，在碳包覆過程中，高溫環(huán)境下碳化產(chǎn)物使前軀體中的Fe (IH)雜相還原為Fe (11)，改善了 LiFeP04的混排程度和性質(zhì)。還原性的碳源可避免共沉淀反應(yīng)中的Fe(Il)組分的氧化。
[0013]3.本發(fā)明提供的制備方法，用鎂和鋁部分替代鋰位，使得正極材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，提高了 Li+嵌入一遷出的界面環(huán)境，改善了電極材料中的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，使電化學(xué)性能產(chǎn)生差異。
[0014]4.用本發(fā)明提供的制備方法，制備而成的金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料，可以極大地提高復(fù)合材料的比能量和循環(huán)穩(wěn)定性，改善其導(dǎo)電能力。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]實(shí)施例1
一種金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)按照摩爾比1:1:1的比例分別稱取LiOH-H2O、還原Fe粉和H3PO4 ；
(2)將稱取好的三種物質(zhì)加入去離子水中配成混合溶液，并在氮?dú)夥罩袛嚢璺磻?yīng)至pH=3，得到混合物A，攪拌反應(yīng)的溫度為70°C ；
(3)向混合物A中加入抗壞血酸，得到混合物B，所述抗壞血酸的加入量為還原Fe粉物質(zhì)的量的I倍；
(4)將混合物B進(jìn)行用高速離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，得混合物C；
(5)將混合物C和氧化鎂、氧化鋁按比例混合，在無(wú)水乙醇的介質(zhì)中，高速球磨5h(高速球磨的轉(zhuǎn)速為240r/min)，得混合物D ；
(6)將混合物D在105-120°C烘干，得混合物E；
(7)將混合物E在氮?dú)夥罩?，?00-750°C的高溫煅燒4?6h,即得所述的金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料。
[0017]實(shí)施例2
一種金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)按照摩爾比1:1:1的比例分別稱取LiOH-H2O、還原Fe粉和H3PO4 ；
(2)將稱取好的三種物質(zhì)加入去離子水中配成混合溶液，并在氮?dú)夥罩袛嚢璺磻?yīng)至pH=3.5，得到混合物A，攪拌反應(yīng)的溫度為70°C ； (3)向混合物A中加入抗壞血酸，得到混合物B，所述抗壞血酸的加入量為還原Fe粉物質(zhì)的量的2倍；
(4)將混合物B進(jìn)行用高速離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥(噴霧干燥的進(jìn)口溫度為220°C、送料流速為15 mL/min)，并用旋風(fēng)分離器收集混合物C ;
(5)將混合物C和氧化鎂、氧化鋁按比例混合，在無(wú)水乙醇的介質(zhì)中，高速球磨7h(高速球磨的轉(zhuǎn)速為200r/min)，得混合物D ;
(6)將混合物D在105-120°C烘干，得混合物E；
(7)將混合物E在氮?dú)夥罩?，?00-750°C的高溫煅燒4?6h,即得所述的金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料。
[0018] 實(shí)施例3
一種金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)按照摩爾比1:1:1的比例分別稱取LiOH-H2O、還原Fe粉和H3PO4 ；
(2)將稱取好的三種物質(zhì)加入去離子水中配成混合溶液，并在氮?dú)夥罩袛嚢璺磻?yīng)至pH=3.2，得到混合物A，攪拌反應(yīng)的溫度為70°C ；
(3)向混合物A中加入抗壞血酸，得到混合物B，所述抗壞血酸的加入量為還原Fe粉物質(zhì)的量的1.5倍；
(4)將混合物B進(jìn)行用高速離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥(噴霧干燥的進(jìn)口溫度為220°C、送料流速為15 mL/min)，并用旋風(fēng)分離器收集，得混合物C ;
(5)將步驟(4)中的混合物C和氧化鎂、氧化鋁按比例混合，在無(wú)水乙醇的介質(zhì)中，高速球磨8h (高速球磨的轉(zhuǎn)速為180r/min),得混合物D ；
(6)將混合物D在105-120°C烘干，得混合物E；
(7)將混合物E在氮?dú)夥罩?，?00-750°C的高溫煅燒4?6h,即得所述的金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)按照摩爾比1:1:1的比例分別稱取LiOH-H2O、還原Fe粉和H3PO4 ； (2)將步驟(I)中稱取好的三種物質(zhì)加入去離子水中配成混合溶液，并在氮?dú)夥罩袛嚢璺磻?yīng)至pH=3?3.5，得到混合物A ； (3)向步驟(2)中的混合物A中加入抗壞血酸，得到混合物B，所述抗壞血酸的加入量為還原Fe粉物質(zhì)的量的f 2倍； (4)將步驟(3)中所述的混合物B進(jìn)行干燥，得混合物C； (5)將步驟(4)中的混合物C和氧化鎂、氧化鋁按比例混合，在無(wú)水乙醇的介質(zhì)中，高速球磨5?8h，得混合物D; (6)將混合物D在105-120°C烘干，得混合物E； (7)將混合物E在氮?dú)夥罩校?00-750°C的高溫煅燒4?6h,即得所述的金屬離子-LiFeP04-C復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的攪拌反應(yīng)的溫度為70°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的干燥為采用高速離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的噴霧干燥的進(jìn)口溫度為220°C、送料流速為15 mL/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬離子-LiFePCM-C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述的高速球磨的轉(zhuǎn)速為18(T240r/min。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK103647080SQ201310568704
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】王維利, 范未峰 申請(qǐng)人:成都興能新材料有限公司