CN104201345A - 一种动力锂离子电池正极材料的制备方法 - Google Patents

一种动力锂离子电池正极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种动力锂离子电池正极材料的制备方法。按下列步骤制备而成：物料的种类和配比：按锂源、铁源、碳源和添加剂，按比例称取物料；制备前驱体，先将上述比例的锂源、铁源和添加剂放于砂磨机中，以纯水为介质，砂磨，然后加入碳源和粘合剂，造粒干燥后制成前驱体；再进行压实、烧结，得到性能优越的动力锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂；有益效果是：通过增加添加剂，可以明显增加材料的导电性能，大大缩短了充放电时间；增加循环寿命，循环寿命可达2000次以上；另外，通过粘合剂的预处理，增加了有机碳源与无机材料相互侵润程度，明显改善了碳源的石墨化程度，同时增强了碳包覆的效果，改善了材料的加工工艺条件。

Description

一种动力锂离子电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池正极材料的制备方法，特别涉及一种动力锂离子电池正极材料的制备方法。 
背景技术
    能源和环境是人类发展过程中面临的两个严峻的问题。随着工业文明的不断发展，煤碳、石油、天然气等化石能源面临枯竭，能源危机日益严重；同时由于燃烧化石能源而排放的大量CO、CO2、NOX等有害气体，严重污染了人类生活的环境，损害了人体的健康，加剧了温室效应得危害。开发新能源，改善生存环境，已经成为当今世界共同面临的课题。 
磷酸铁锂电池作为最新一代高比能量化学电源，不但可以满足插电式混合动力汽车、纯电动汽车、电动自行车、电动摩托车、电动游艇等交通工具对高功率的需求，而且还能满足不间断电源、割草机、矿灯、小型发电站电能存储、风电储能和太阳能发电储能等对大容量的需求。 
磷酸铁锂作为锂离子电池的关键正极材料，其性能将直接决定了电池的容量、安全性、循环性等性能。磷酸铁锂化学分子式为LiFePO4，性状：灰黑色粉末，1997年由美国德克萨斯州大学John Goodenough教授发现，是迄今为止最安全环保的锂离子二次电池材料。 
LiFePO4具有价格便宜、无毒无害、环境友好、原材料资源丰富、较高的比容量、较高的工作电压、优良的循环性能、优良的高温性能和安全性能，并且充放电电压平缓、衰减率低、无记忆效应等优点。 
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种动力锂离子电池正极材料的制备方法，能够显著提高材料的振实密度、克容量和充放电效率，从而大大改善动力电池组的性能。 
一种动力锂离子电池正极材料的制备方法，按下列步骤和物质配比制备而成： 
（1）、物料的种类和配比
按锂源、铁源、碳源和添加剂，按照1～1.01:1:0.15～0.2:0.05～0.1的摩尔比例称取物料；
（2）、制备添加剂，将碳酸镁、碳酸锰、三氧化二铝、五氧化二铌、五氧化二钒中的一种或几种按一定比例进行复配，并在立式炉中预烧；
（3）制备前驱体
先将上述比例的锂源、铁源和添加剂放于砂磨机中，以纯水为介质，砂磨至粒度为0.3μm～0.5μm左右，然后加入碳源和粘合剂，用喷雾造粒机进行造粒干燥后制成前驱体；
（4）压实
将干燥后的前驱体于压片机中进行压实，压成块状物料；
（5）烧结
在氮气气氛保护下，利用煅烧炉进行烧结，烧结温度为680℃～800℃，煅烧时间为4～10小时，最后将烧结后的物料粉碎、过筛，即得到性能优越的动力锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂；
所述的锂源采用碳酸锂、磷酸二氢锂或氢氧化锂，铁源采用氧化铁或磷酸铁，碳源采用葡萄糖、蔗糖。
所述的添加剂（简称ADD)，采用碳酸镁、碳酸锰、三氧化二铝、五氧化二铌、五氧化二钒中的一种或几种按一定比例进行复配，并在立式炉中预烧；铁源与添加剂的摩尔比例为1:0.05-0.1。 
所述的粘合剂采用糊化淀粉，碳源和粘合剂的摩尔比例为0.15~0.20:0.05-0.1。 
上述的锂源采用碳酸锂时，铁源采用磷酸铁，碳源采用葡萄糖或蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂和二氧化碳和水。 
上述的锂源采用磷酸二氢锂时，铁源采用氧化铁，碳源采用葡萄糖或蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水。 
上述的锂源采用氢氧化锂时，铁源采用磷酸铁，碳源采用葡萄糖或蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水。 
本发明的有益效果是：通过增加添加剂（简称ADD)，可以明显增加材料的导电性能，大大缩短了充放电时间；增加循环寿命，循环寿命可达2000次以上；另外，通过粘合剂的预处理，增加了有机碳源与无机材料相互侵润程度，明显改善了碳源的石墨化程度，同时增强了碳包覆的效果，并且通过粘合剂可以将小颗粒粘合成较大的颗粒，使一次颗粒大小约10~15μm，改善了材料的加工工艺条件。 
而且，本发明能够显著提高材料的振实密度、克容量和充放电效率，从而大大提高了动力电池组的性能。 
具体实施方式
    实施例1：一种动力锂离子电池正极材料的制备方法，按下列步骤和物质配比制备而成： 
（1）、物料的种类和配比
按锂源、铁源、碳源和添加剂（简称ADD)，按照1:1: 0.2:0.05的摩尔比例称取物料；
（2）、制备添加剂（简称ADD)，将碳酸镁、碳酸锰、三氧化二铝、五氧化二铌、五氧化二钒中的一种或几种按一定比例进行复配，并在立式炉中预烧。
（3）制备前驱体 
先将上述摩尔比例的锂源、铁源和添加剂（简称ADD)放于砂磨机中，以纯水为介质，砂磨至粒度为0.3μm～0.5μm左右，然后加入碳源和粘合剂，用喷雾造粒机进行造粒干燥后制成前驱体；
（4）压实
将干燥后的前驱体于压片机中进行压实，压成块状物料；
（5）烧结
在氮气气氛保护下，利用煅烧炉进行烧结，烧结温度为680℃～800℃，煅烧时间为4～10小时，最后将烧结后的物料粉碎、过筛，即得到性能优越的动力锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂；
上述的锂源采用碳酸锂时，铁源采用磷酸铁，碳源采用葡萄糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂和二氧化碳；添加剂（简称ADD)采用碳酸镁；所述的粘合剂采用糊化淀粉，碳源和粘合剂的摩尔比例为0.15:0.1。
实施例2：其中，锂源采用磷酸二氢锂时，铁源采用氧化铁，碳源采用蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水；添加剂（简称ADD)采用碳酸镁；所述的粘合剂采用糊化淀粉，碳源和粘合剂的摩尔比例为0.2:0.06； 
锂源、铁源、碳源和添加剂（简称ADD)，按照1.01:1:0.15:0.05的摩尔比例称取物料。
实施例3：锂源采用氢氧化锂时，铁源采用磷酸铁，碳源采用葡萄糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水；添加剂（简称ADD)采用碳酸锰和三氧化二铝的复配物，碳酸锰和三氧化二铝的摩尔比为1:1；氢氧化锂：磷酸铁：葡萄糖：添加剂（简称ADD）的摩尔比为1.01:1:0.18:0.05；所述的粘合剂采用糊化淀粉，葡萄糖和糊化淀粉的摩尔比例为0.18:0.08。 
实施例4：其中，锂源采用磷酸二氢锂时，铁源采用氧化铁，碳源采用蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水；添加剂（简称ADD)采用五氧化二铌；所述的粘合剂采用糊化淀粉，碳源和粘合剂的摩尔比例为0.2:0.06； 
锂源、铁源、碳源和添加剂（简称ADD)，按照1.01:1: 0.2: 0.1的摩尔比例称取物料。
实施例5：其中，锂源采用磷酸二氢锂时，铁源采用氧化铁，碳源采用蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水；添加剂（简称ADD)采用五氧化二钒；所述的粘合剂采用糊化淀粉，碳源和粘合剂的摩尔比例为0.2:0.06； 
锂源、铁源、碳源和添加剂（简称ADD)，按照1:1:0.15:0.05的摩尔比例称取物料。
本发明的优点是：通过增加添加剂（简称ADD)，可以明显增加材料的导电性能，大大缩短了充放电时间；增加循环寿命，循环寿命可达2000次以上；另外，通过粘合剂的预处理，增加了有机碳源与无机材料相互侵润程度，明显改善了碳源的石墨化程度，同时增强了碳包覆的效果，并且通过粘合剂可以将小颗粒粘合成较大的颗粒，使一次颗粒大小约10~15μm，改善了材料的加工工艺条件。而且，本发明能够显著提高材料的振实密度、克容量和充放电效率，从而大大改善动力电池组的性能。 

Claims (4)

1.一种动力锂离子电池正极材料的制备方法，其特征是按下列步骤和物质配比制备而成：
（1）、物料的种类和配比
按锂源、铁源、碳源和添加剂，按照1～1.01:1:0.15～0.2:0.05～0.1的摩尔比例称取物料；
（2）、制备添加剂，将碳酸镁、碳酸锰、三氧化二铝、五氧化二铌、五氧化二钒中的一种或几种按一定比例进行复配，并在立式炉中预烧；
（3）制备前驱体
先将上述比例的锂源、铁源和添加剂放于砂磨机中，以纯水为介质，砂磨至粒度为0.3μm～0.5μm左右，然后加入碳源和粘合剂，用喷雾造粒机进行干燥造粒后制成前驱体；
（4）压实
将干燥后的前驱体于压片机中进行压实，压成块状物料；
（5）烧结
在氮气气氛保护下，利用煅烧炉进行烧结，烧结温度为680℃～800℃，煅烧时间为6～12小时，将烧结后的物料粉碎、过筛分级，即得到性能优越的动力锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂；
所述的锂源采用碳酸锂、磷酸二氢锂或氢氧化锂，铁源采用氧化铁或磷酸铁，碳源采用葡萄糖或蔗糖，添加剂采用碳酸镁、碳酸锰、三氧化二铝、五氧化二铌、五氧化二钒中的一种或几种的复配物；
所述的粘合剂采用糊化淀粉，碳源和粘合剂的摩尔比例为0.15～0.2:0.05～0.1。
2.根据权利要求1所述的动力锂离子电池正极材料的制备方法，其特征是：所述的锂源采用碳酸锂时，铁源采用磷酸铁，碳源采用葡萄糖、蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂和二氧化碳和水。
3.根据权利要求1所述的动力锂离子电池正极材料的制备方法，其特征是：所述的锂源采用磷酸二氢锂时，铁源采用氧化铁，碳源采用葡萄糖、蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水。
4.根据权利要求1所述的动力锂离子电池正极材料的制备方法，其特征是：所述的锂源采用氢氧化锂时，铁源采用磷酸铁，碳源采用葡萄糖、蔗糖，上述反应后生成磷酸亚铁锂、二氧化碳和水。
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