CN102088079A - 一种水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，要解决的技术问题是提供一种解决传统碳包覆方法不均匀、疏松等缺陷的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法。为解决上述问题，本发明采用的技术方案包括以下步骤：第1步，将磷酸铁锂粉末与有机溶液按质量比10~30：100混合，再加入分散剂，并通过超声搅拌一定时间得到分散良好的悬浊液；第2步，将分散好的悬浊液转移至反应釜，于120~300度，反应3~10小时；第3步，反应结束后，将物料冷却至室温后过滤，并先后用水和乙醇冲洗；第4步，将洗涤后的物料在真空或惰性环境下，于80~150度，干燥3~6小时，得到水热碳包覆的磷酸铁锂粉末材料。本发明的磷酸铁锂具有包覆均匀、紧密、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳材料的制备方法，尤其涉及一种碳包覆磷酸铁锂的制备方法。
背景技术
磷酸铁锂因为其优异的安全性能和优秀的循环性能成为了锂动力电池首选的正极材料，此外还广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机及其他大量新兴的IT产品的UPS电源系统；由于磷酸铁锂本身电子电导率低的缺陷制约了其在部分领域的应用，目前已经证明成熟的产业化方案为通过有机碳和无机碳进行表面包覆，可以将电导率提升7个数量级，但是由于我们在实际生产中碳的包覆存在以下缺陷：有机碳的引入在烧结过程中会限制磷酸铁锂颗粒的长大，降低了材料的振实密度和能量密度；而无机碳的引入带来了分散性问题，导致无机碳粉末很难均匀覆盖至颗粒表面，而且包覆的碳层疏松，在电芯制作的混料过程中造成碳的剥离，影响了电芯的倍率性能和循环寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种解决传统碳包覆方法不均匀、疏松等缺陷的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
第1步，将磷酸铁锂粉末与有机溶液按质量比10~30：100混合，再加入分散剂，并通过超声搅拌一定时间得到分散良好的悬浊液；
第2步，将分散好的悬浊液转移至反应釜，于120~300度，反应3~10小时；
第3步，反应结束后，将物料冷却至室温后过滤，并先后用水和乙醇冲洗；
第4步，将洗涤后的物料在真空或惰性环境下，于80 ~150度，干燥3~6小时，得到水热碳包覆的磷酸铁锂粉末材料。
所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第1步操作中，所述的有机溶液其溶剂为去离子水，溶质为蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉中的一种或混合物。
所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第1步操作中，所述的分散剂为十二烷基磺酸钠、聚山梨酸脂80、羧甲基纤维素钠中的一种或混合物。
所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第2步操作中，所述水热反应温度为150~170度，反应时间为5~7小时。
所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第4步操作中，所述干燥温度为130~150度，干燥时间为4~5小时。
所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第1步操作中，所述超声搅拌时间为10~30 min。
本发明的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法具备如下有益效果：
通过水热反应在磷酸铁锂表面包覆致密的碳层，解决了传统碳包覆方法不均匀和疏松的缺陷，由于碳层对磷酸铁锂材料形成了较好的保护层，减少了磷酸铁锂与电解液发生副反应的几率，显著的提高了磷酸铁锂电芯的循环寿命，尤其是在高温循环下的表现。采用本方法制备的磷酸铁锂材料具有优良的电化学性能，在IFP18650型电池测试中常温1C循环寿命达到5000次，在50度高温循环下循环寿命达到2000次。
该方法适应于纯净磷酸铁锂的包覆或者磷酸铁锂的二次包覆，可以显著改善碳包覆的效果，工序简单，反应条件温和，适合工业化生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为按实施例1所制备的磷酸铁锂的晶体衍射图。
图2为按实施例1所制备的磷酸铁锂的透射电镜。
图3为按实施例1所制备的磷酸铁锂的拉曼光谱图。
图4为按实施例1所制备的磷酸铁锂在18650电池测试中4500次循环的容量保持情况图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的制备方法包括如下步骤：
第1步，取0.1g蔗糖将其溶解在45ml去离子水中得到有机溶液，再缓慢加入与该有机溶液质量比为10：100的磷酸铁锂粉末，接着再加入一定量十二烷基磺酸钠作为分散剂，使磷酸铁锂粉末分散开来与有机溶液充分混合，加入的分散剂与磷酸铁锂粉末质量比为1~3：100，本实施例加入0.03g分散剂，最后通过超声波搅拌机搅拌10min，得到分散性良好的磷酸铁锂悬浊液；
第2步，将第1步完成得到的悬浊液转移至60ml不锈钢反应釜反应，于温度120度，反应3小时，此时对应的压力为1Mpa左右；
第3步，反应结束后用冷水将通过第2步得到的物料冷却至室温后过滤，并用去离子水冲洗3次，最后用无水乙醇冲洗1次；
第4步，将洗涤好的粉末置于真空或惰性气体环境的烘箱中，于80度，干燥3h，即可得到水热碳包覆的磷酸铁锂。
如图1至图3所示，本实施例所制备的磷酸铁锂碳均匀且紧密，碳层对磷酸铁锂材料形成了较好的保护层，减少了磷酸铁锂与电解液发生副反应的几率，显著的提高了磷酸铁锂电芯的循环寿命。尤其是在高温循环下的表现，如图4，采用本方法制备的磷酸铁锂材料具有优良的电化学性能，在IFP18650型电池测试中常温1C循环寿命达到5000次，在50度高温循环下循环寿命达到2000次。
实施例2
本实施例的制备方法包括如下步骤：
第1步，取0.1g蔗糖将其溶解在45ml去离子水中得到有机溶液，再缓慢加入与该有机溶液质量比为30：100的磷酸铁锂粉末，接着再加入一定量十二烷基磺酸钠作为分散剂，使磷酸铁锂粉末分散开来与有机溶液充分混合，加入的分散剂与磷酸铁锂粉末质量比为1~3：100，本实施例加入0.01g分散剂，最后通过超声波搅拌机搅拌10min，得到分散性良好的磷酸铁锂悬浊液；
第2步，将第1步完成得到的悬浊液转移至60ml不锈钢反应釜反应，于温度300度，反应10小时，此时对应的压力为3Mpa左右；
第3步，反应结束后用冷水将通过第2步得到的物料冷却至室温后过滤，并用去离子水冲洗3次，最后用无水乙醇冲洗1次；
第4步，将洗涤好的粉末置于真空或惰性气体环境的烘箱中，于150度，干燥6h，即可得到水热碳包覆的磷酸铁锂。
本实施例所制备的磷酸铁锂也能达到与实施例1同样的效果。
实施例3
本实施例的制备方法包括如下步骤：
将实施例1或实施例2中的蔗糖改为葡萄糖、可溶性淀粉中的一种或混合物。将十二烷基磺酸钠改为、聚山梨酸脂80、羧甲基纤维素钠中的一种或混合物。将所述水热反应温度改为130、150或170 度，反应时间改为5或7小时。干燥温度改为130或150度，干燥时间改为4或5小时。所制备的磷酸铁锂也能达到与实施例1或实施例2同样的效果。
Claims (6)
1.一种水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：
第1步，将磷酸铁锂粉末与有机溶液按质量比10~30：100混合，再加入分散剂，并通过超声搅拌一定时间得到分散良好的悬浊液；
第2步，将分散好的悬浊液转移至反应釜，于120~300度，反应3~10小时；
第3步，反应结束后，将物料冷却至室温后过滤，并先后用水和乙醇冲洗；
第4步，将洗涤后的物料在真空或惰性气体环境下，于80 ~150度，干燥3-6小时，得到水热碳包覆的磷酸铁锂粉末材料。
2.根据权利要求1所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第1步操作中，所述的有机溶液其溶剂为去离子水，溶质为蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉中的一种或混合物。
3.根据权利要求1所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第1步操作中，所述的分散剂为十二烷基磺酸钠、聚山梨酸脂80、羧甲基纤维素钠中的一种或混合物。
4.根据权利要求1所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第2步操作中，所述水热反应温度为150~170度，反应时间为5~7小时。
5.根据权利要求1所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第4步操作中，所述干燥温度为130~150度，干燥时间为4~5小时。
6. 根据权利要求1所述的水热碳包覆磷酸铁锂的制备方法，其特征在于上述方法的第1步操作中，所述超声搅拌时间为10~30 min。
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