CN106898733A - 一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法 - Google Patents

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陈静娟
王春花
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Abstract

本发明公开了一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，包括如下步骤：(1)以碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵为原料并混合均匀，获取原料混合物；(2)通过高温预烧和研磨法将上述原料混合物制成预烧后的原料混合粉末，并将其压制成坯体，再通过高温烧结和退火技术制备得到磷酸亚铁锂靶材；(3)采用真空磁控溅射镀膜技术，将制备的磷酸亚铁锂靶材和导电剂靶材通过调控真空磁控溅射镀膜工艺参数，直接制备得到磷酸亚铁锂电极极片。本发明的优点在于：提供了一种结构简单、制作方便、具有较高的体积比能量和良好的电化学性能的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法。

Description

一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法
技术领域
本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法。
背景技术
磷酸亚铁锂电极材料主要用于动力锂离子电池，该材料具有优良的安全性和良好的循环使用寿命，且价格相对低廉，无毒性，无环境污染，世界各国正竞相研究，实现其产业化生产。
磷酸亚铁亚铁锂电极材料现有极片制备技术如下：将磷酸亚铁锂粉末材料与粘结剂(如PVDF)、导电剂(如石墨)以及溶剂(如NMP)进行混合搅拌制备成具有一定粘度和流动性的电极浆料。但是，粘结剂是不导电的，会阻碍锂离子及电子的传输速率；而且，磷酸亚铁锂材料本身振实密度较低，粘结剂及大量导电剂的使用，会使磷酸亚铁锂材料的体积比能量较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、制作方便、具有较高的体积比能量和良好的电化学性能的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)以碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵为原料并混合均匀，获取原料混合物；
(2)通过高温预烧和研磨法将上述原料混合物制成预烧后的原料混合粉末，并将其压制成坯体，再通过高温烧结和退火技术制备得到磷酸亚铁锂靶材；
(3)采用真空磁控溅射镀膜技术，将制备的磷酸亚铁锂靶材和导电剂靶材通过调控真空磁控溅射镀膜工艺参数，直接制备得到磷酸亚铁锂电极极片。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中采用研磨法将碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵混合均匀。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中在10-30MPa压力下制成坯体。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中通过高温预烧和研磨法获取预烧后的原料混合粉末的具体方法为：将步骤(1)中所得的原料混合物于320-370℃惰性气氛下预烧1-3h，再研磨成粉末。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中通过高温烧结和退火技术获取磷酸亚铁锂靶材具体方法为：将坯体于580-620℃惰性气氛下煅烧9-11h，再通过0.5-1.5h的时间将其降至室温，最终得到磷酸亚铁锂靶材。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中导电剂靶材为石墨。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中通过真空磁控溅射镀膜技术制备磷酸亚铁锂电极极片时，采用的方法为射频磁控溅射法，设备为高真空磁控溅射镀膜设备。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中磷酸亚铁锂靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数具体为：本底真空(0.5-1.5)×10-5Pa，启辉压力0.5-3Pa，工作气压0.14-0.16Pa，工作温度：200-260℃，工作气流：Ar，50-100sccm，溅射功率110-130W。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中导电剂靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数具体为：本底真空(0.5-1.5)×10-5Pa，启辉压力0.5-3Pa，工作气压0.14-0.16Pa，工作温度：200-260℃，工作气流：Ar，50-100sccm，溅射功率190-210W。
作为本发明的优选方式之一，所述坯体为圆形坯体，坯体直径为60-70mm，坯体厚度为3-8mm。
本发明相比现有技术的优点在于：
(1)结构简单、制备方便；
(2)不使用粘结剂，不会碍锂离子及电子的传输速率和影响体积比能量，使本方法制作出的磷酸亚铁锂正极材料极片具有良好的电化学性能和较高的体积比能量；
(3)采用一步法制备磷酸亚铁锂靶材，既节约能耗，又能更容易制成坯体。
附图说明
图1是实施例1-3中的一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)以碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵为原料并采用研磨法将其混合均匀，获取原料混合物；
(2)将原料混合物于350℃惰性气氛下预烧2h，研磨成粉末，在20MPa压力下制成直径65mm、厚度5mm的圆形坯体，再将其于600℃惰性气氛下煅烧10h，并采用1h的时间将其降至室温，最终得到磷酸亚铁锂靶材；
(3)将制备的磷酸亚铁锂靶材和石墨靶材置于高真空磁控溅射镀膜设备中，采用真空磁控溅射镀膜技术，具体为射频磁控溅射法，通过调控真空磁控溅射镀膜工艺参数，直接制备得到磷酸亚铁锂电极极片；
其中，磷酸亚铁锂靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数为：本底真空1.0×10-5Pa，启辉压力2Pa，工作气压0.15Pa，工作温度：230℃，工作气流：Ar，80sccm，溅射功率120W；
石墨靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数为：本底真空1.0×10-5Pa，启辉压力2Pa，工作气压0.15Pa，工作温度：230℃，工作气流：Ar，80sccm，溅射功率200W。
实施例2
如图1所示，本实施例的一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)以碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵为原料并采用研磨法将其混合均匀，获取原料混合物；
(2)将原料混合物于320℃惰性气氛下预烧1h，研磨成粉末，在10MPa压力下制成直径60mm、厚度3mm的圆形坯体，再将其于580℃惰性气氛下煅烧9h，并采用0.5h的时间将其降至室温，最终得到磷酸亚铁锂靶材；
(3)将制备的磷酸亚铁锂靶材和石墨靶材置于高真空磁控溅射镀膜设备中，采用真空磁控溅射镀膜技术，具体为射频磁控溅射法，通过调控真空磁控溅射镀膜工艺参数，直接制备得到磷酸亚铁锂电极极片；
其中，磷酸亚铁锂靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数为：本底真空0.5×10-5Pa，启辉压力0.5Pa，工作气压0.14Pa，工作温度：200℃，工作气流：Ar，50sccm，溅射功率110W；
石墨靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数为：本底真空0.5×10-5Pa，启辉压力0.5Pa，工作气压0.14Pa，工作温度：200℃，工作气流：Ar，50sccm，溅射功率190W。
实施例3
如图1所示，本实施例的一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)以碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵为原料并采用研磨法将其混合均匀，获取原料混合物；
(2)将原料混合物于370℃惰性气氛下预烧3h，研磨成粉末，在30MPa压力下制成直径70mm、厚度8mm的圆形坯体，再将其于620℃惰性气氛下煅烧11h，并采用1.5h的时间将其降至室温，最终得到磷酸亚铁锂靶材；
(3)将制备的磷酸亚铁锂靶材和石墨靶材置于高真空磁控溅射镀膜设备中，采用真空磁控溅射镀膜技术，具体为射频磁控溅射法，通过调控真空磁控溅射镀膜工艺参数，直接制备得到磷酸亚铁锂电极极片；
其中，磷酸亚铁锂靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数为：本底真空1.5×10-5Pa，启辉压力3Pa，工作气压0.16Pa，工作温度：260℃，工作气流：Ar，100sccm，溅射功率130W；
石墨靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数为：本底真空1.5×10-5Pa，启辉压力3Pa，工作气压0.16Pa，工作温度：260℃，工作气流：Ar，100sccm，溅射功率210W。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵为原料并混合均匀，获取原料混合物；
(2)通过高温预烧和研磨法将上述原料混合物制成预烧后的原料混合粉末，并将其压制成坯体，再通过高温烧结和退火技术制备得到磷酸亚铁锂靶材；
(3)采用真空磁控溅射镀膜技术，将制备的磷酸亚铁锂靶材和导电剂靶材通过调控真空磁控溅射镀膜工艺参数，直接制备得到磷酸亚铁锂电极极片。
2.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用研磨法将碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵混合均匀。
3.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中在10-30MPa压力下制成坯体。
4.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过高温预烧和研磨法获取预烧后的原料混合粉末的具体方法为：将步骤(1)中所得的原料混合物于320-370℃惰性气氛下预烧1-3h，再研磨成粉末。
5.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过高温烧结和退火技术获取磷酸亚铁锂靶材具体方法为：将坯体于580-620℃惰性气氛下煅烧9-11h，再通过0.5-1.5h的时间将其降至室温，最终得到磷酸亚铁锂靶材。
6.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中导电剂靶材为石墨。
7.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中通过真空磁控溅射镀膜技术制备磷酸亚铁锂电极极片时，采用的方法为射频磁控溅射法，设备为高真空磁控溅射镀膜设备。
8.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中磷酸亚铁锂靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数具体为：本底真空(0.5-1.5)×10-5Pa，启辉压力0.5-3Pa，工作气压0.14-0.16Pa，工作温度：200-260℃，工作气流：Ar，50-100sccm，溅射功率110-130W。
9.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中导电剂靶材的真空磁控溅射镀膜工艺参数具体为：本底真空(0.5-1.5)×10-5Pa，启辉压力0.5-3Pa，工作气压0.14-0.16Pa，工作温度：200-260℃，工作气流：Ar，50-100sccm，溅射功率190-210W。
10.根据权利要求1-9任一所述的磷酸亚铁锂正极材料极片的制备方法，其特征在于，所述坯体为圆形坯体，坯体直径为60-70mm，坯体厚度为3-8mm。
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