CN101582496A - 一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法 - Google Patents

一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法 Download PDF

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王海辉
余灵辉
刘桥生
田冰冰
廉培超
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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法，按Fe和P摩尔比1∶1称取LiH2PO4和Fe2O3，配以占两者总重量10～45％的碳源，加入分散剂，在球磨机上湿磨1～24小时；将球磨得到的混合物干燥后，在600～800℃的惰性气体中煅烧1～12小时制得磷酸亚铁锂/碳。本发明方法选用廉价的Fe2O3和LiH2PO4以及一些碳源做原料，成本低，工艺简单，较短的生产周期有利于工业化。本发明方法用到的原料都是绿色无污染的，生产过程不会产生有害气体，避免因尾气处理而增加成本。

Description

一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体涉及一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制备方法。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小等特点，自诞生以来迅速成为当今及未来可再充式电源的主要选择对象之一。正极材料是限制锂离子电池进一步发展的关键因素，寻找新型正极材料以及对现有材料改性是各国锂离子电池研究者的工作焦点。
自1997年Goodenough等报道合成LiFePO4可用作锂离子电池正极材料以来，人们就开始了对LiFePO4的研究狂潮。因为LiFePO4具有170mAh/g理论容量，在3.4V(vs.Li+/Li)附近有很平坦的放电平台，更由于它低毒、原料价格低廉、安全性好，使得LiFePO4很有希望成为下一代锂离子电池正极材料。但是由于LiFePO4的电导率低、材料内部锂离子扩散速率小而限制了它的电化学性能。目前，研究者主要通过三个方面改进LiFePO4的电化学性能：(1)包覆导电剂，以提高电导率。主要有包覆C，Ag，Cu等；(2)在Li位或Fe位掺杂金属，通过增大材料内部Li+扩散速率来提高材料性能；(3)合成颗粒细小、均匀的LiFePO4，减小Li+在材料内部的扩散距离，从而降低Li+扩散慢带来的不利影响。在这些方法中，大多数用Fe2+化合物为原料，成本较高；用Fe3+为原料，很少能得到性能较好的LiFePO4，而且方法繁杂，不适于工业化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法，制备过程环保无污染，原料成本低，制得的磷酸亚铁锂/碳电化学性能优良，循环稳定性好，制备方法适合工业化。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法：
按Fe和P摩尔比1∶1称取LiH2PO4和Fe2O3，配以占两者总重量10～45％的碳源，混合成原料，加入分散剂，在球磨机上湿磨1～24小时；将球磨得到的混合物干燥后，在600～800℃的惰性气体中煅烧1～12小时制得磷酸亚铁锂/碳复合物。
所述的碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、纤维素、淀粉、聚乙二醇、聚丙烯、碳纳米管、纳米碳纤维、纳米碳微球、聚氯乙烯中的一种或几种。
所述的分散剂为水、乙醇、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种。
所述的原料占分散剂量的5～50％质量。
所述的惰性气体为氩气、氮气、氦气、二氧化碳中的一种或几种。
本发明相对于现有技术具有的优点及有益效果：
(1)本发明方法选用的铁源为廉价Fe2O3，磷源是LiH2PO4，这两种原料的组合是目前合成磷酸亚铁锂最便宜的原料组合方式之一，有利于降低成本。
(2)本发明方法选用的所有原料都是绿色的，在煅烧过程中没有如NH3这类传统固相法制备磷酸亚铁锂所产生的有害气体，及因为尾气处理而增加成本。
(3)本发明方法工艺简单，周期短，能耗少，利于降低成本及大规模工业化。本发明方法仅用到一次球磨，球磨后的混合物干燥后直接煅烧，无需反复球磨以及球磨后的造粒等后续处理。本发明方法中的煅烧方式是一步烧结，煅烧时间短。
(4)本发明方法制得的磷酸亚铁锂/碳电化学性能优良，循环稳定性好，0.8C充放电50圈基本维持在120mAh/g左右。
附图说明
图1为实施例1制得的磷酸亚铁锂/碳的循环性能图；
图2为实施例2制得的磷酸亚铁锂/碳的循环性能图；
图3为实施例3制得的磷酸亚铁锂/碳的循环性能图；
图4为实施例4制得的磷酸亚铁锂/碳的循环性能图。
测试条件：以制备的LiFePO4/C为活性物质，Super P为导电剂，PVdF(聚偏氟乙烯)做粘结剂，按质量比84∶8∶8，用NMP为溶剂调成料浆涂于铝箔上，干燥后冲成圆片作为正极片。以锂片作负极，1mol/L LiPF6的EC/DMC(体积比1/1)溶液为电解液，聚丙烯微孔膜(Celgard 2400)为电池的隔膜，组装成CR2025测试电池。电池组装在充满氩气的手套箱(Mikrouna，super(1220/750/900))中进行。采用新威BTS高精度电池测试系统在常温下对电池进行充放电循环测试，测试电流为0.8C，电压范围2.5～4.2V。
具体实施方式
实施例1
称取3.327g LiH2PO4，2.555g Fe2O3，1.77g葡萄糖，放入球磨罐中，加15.3g乙醇，球磨24小时。将球磨得到的混合物干燥后，在N2气氛中700℃煅烧3h制得LiFePO4/C复合物。0.8C充放电50圈，放电容量基本维持在120mAh/g左右，如图1所示。
实施例2
称取0.6654g LiH2PO4，0.5113g Fe2O3，0.455g葡萄糖，放入球磨罐中，加32.6g乙醇，球磨12小时。将球磨得到的混合物干燥后，在N2气氛中800℃煅烧1h制得LiFePO4/C复合物。0.8C充放电50圈，放电容量基本维持在110-120mAh/g如图2所示。
实施例3
称取1.0393g LiH2PO4，0.7985g Fe2O3，0.158g蔗糖，放入球磨罐中，加20.7g乙醇，球磨24小时。将球磨得到的混合物干燥后，在N2气氛中600℃煅烧12h制得LiFePO4/C复合物。0.8C充放电50圈，放电容量维持维持在110-120mAh/g如图3所示。
实施例4
称取6.752g LiH2PO4，5.188g Fe2O3，2.6g葡萄糖，放入球磨罐中，加35g乙醇，球磨24小时。将球磨得到的混合物干燥后，在N2气氛中700℃煅烧12h制得LiFePO4/C复合物。0.8C充放电50圈，放电容量基本维持在110-120mAh/g如图4所示。

Claims (5)

1、一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法，其特征在于，按Fe和P摩尔比1∶1称取LiH2PO4和Fe2O3，配以占两者总重量10～45％的碳源，混合成原料，加入分散剂，在球磨机上湿磨1～24小时；将球磨得到的混合物干燥后，在600～800℃的惰性气体中煅烧1～12小时制得磷酸亚铁锂/碳复合物。
2、根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法，其特征在于，所述的碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、纤维素、淀粉、聚乙二醇、聚丙烯、碳纳米管、纳米碳纤维、纳米碳微球、聚氯乙烯中的一种或几种。
3、根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法，其特征在于，所述的分散剂为水、乙醇、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种。
4、根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法，其特征在于，所述的原料占分散剂量的5～50％质量。
5、根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂/碳的制法，其特征在于，所述的惰性气体为氩气、氮气、氦气、二氧化碳中的一种或几种。
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