CN108987748A - 一种磷酸铁锂电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

一种磷酸铁锂电池正极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂电池正极材料，它是由下述重量份的原料组成的：氢氧化锂46‑50、磷酸亚铁铵70‑80、导电溶液10‑15、硼砂1‑2、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.1‑0.2、三羟甲基丙烷2‑3、碳前驱体溶液20‑30。本发明加入的硼砂具有很好的增粘效果，可以有效的提高烧结黏度，增强材料的稳定性，加入的乙炔炭黑能够增强导电效果，同时通过该反应，增强了炭黑在磷酸铁锂间的分散性，保证了导电的稳定性强度。

Description

一种磷酸铁锂电池正极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池正极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子动力电池是目前国内外公认的最有潜力的车载电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成；其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素；因此，从资源、环保及安全性能方面考虑，寻找锂离子电池的理想电极活性材料仍是国际能源材料工作者所要解决的首要难题；
目前已经商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂
和磷酸铁锂；钴酸锂是目前广泛应用于小型锂离子电池的正极材料，但由于钴有毒、资源储量有限价格昂贵，且钴酸锂材料作为正极材料组装的电池安全性和热稳定性不好，在高温下会产生氧气，满足不了动力电池的技术要求；锰酸锂虽然价格低廉、环保、安全、倍率性能和安全性能好，但是其理论容量不高，循环使用性能、热稳定性和高温性能较差，在应用中的最大问题是循环性能不好，特别是高温下，材料中的三价锰离子和大倍率放电时在颗粒表面形成的二价锰离子，使得材料在电解液中的溶解明显，最终破坏了锰酸锂的结构，也降低了材料的循环性能；因此，寻找一种导电稳定性好，综合性能优越的锂离子动力电池材料对于现代化的发展十分重要。
本发明提供一种磷酸铁锂电池正极材料，通过增强炭黑在磷酸铁锂间的分散性，保证了材料的导电稳定性强度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种磷酸铁锂电池正极材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磷酸铁锂电池正极材料，它是由下述重量份的原料组成的：
氢氧化锂46-50、磷酸亚铁铵70-80、导电溶液10-15、硼砂1-2、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.1-0.2、三羟甲基丙烷2-3、碳前驱体溶液20-30。
所述的导电溶液是由下述重量份的原料组成的：
乙炔炭黑20-30、柠檬酸7-9、乙撑双硬脂酰胺1-2、棕榈蜡3-4。
所述的导电溶液的制备方法，包括以下步骤：
（1）取棕榈蜡，加入到其重量3-4倍的氯仿中，搅拌均匀，加入柠檬酸，升高温度为55-60℃，保温搅拌1-2小时，加入乙炔炭黑，超声10-30分钟，蒸馏除去氯仿，得活化炭黑；
（2）取乙撑双硬脂酰胺，加入到其重量10-13倍的去离子水中，搅拌均匀，加入活化炭黑，搅拌均匀，即得所述导电溶液。
所述的碳前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：
取5-7重量份的干酪素、3-4重量份的葡萄糖混合，加入到混合料重量15-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入0.1-0.2重量份的马来酸酐，在50-55℃下保温搅拌10-20分钟，即得。
一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取硼砂，加入到其重量10-14倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入三羟甲基丙烷，升高温度为50-55℃，保温搅拌1-2小时，蒸馏除去乙醇，得改性硼砂；
（2）取上述改性硼砂，与导电溶液混合，搅拌均匀，加入磷酸亚铁铵、乙氧基化烷基酚硫酸铵，升高温度为80-85℃，保温搅拌1-2小时，得硼砂改性导电溶液；
（3）取碳前驱体溶液、硼砂改性导电溶液、氢氧化锂混合，搅拌均匀，送入烧结炉中，通入惰性气体，在600-750℃下煅烧10-20小时，出料冷却，即得所述磷酸铁锂电池正极材料。
本发明的优点：
本发明首先采用柠檬酸活化乙炔炭黑，再分散到乙撑双硬脂酰胺水溶液中，将得到的导电溶液与三羟甲基丙烷处理的硼砂共混，高温酯化，在酯化过程中引入了磷酸亚铁铵，再通过磷酸亚铁铵与氢氧化锂的混合反应，得到正极材料；本发明加入的硼砂具有很好的增粘效果，可以有效的提高烧结黏度，增强材料的稳定性，加入的乙炔炭黑能够增强导电效果，同时通过该反应，增强了炭黑在磷酸铁锂间的分散性，保证了导电的稳定性强度。
具体实施方式
实施例1
一种磷酸铁锂电池正极材料，它是由下述重量份的原料组成的：
氢氧化锂50、磷酸亚铁铵80、导电溶液15、硼砂2、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.2、三羟甲基丙烷3、碳前驱体溶液30。
所述的导电溶液是由下述重量份的原料组成的：
乙炔炭黑30、柠檬酸9、乙撑双硬脂酰胺2、棕榈蜡4。
所述的导电溶液的制备方法，包括以下步骤：
（1）取棕榈蜡，加入到其重量4倍的氯仿中，搅拌均匀，加入柠檬酸，升高温度为60℃，保温搅拌2小时，加入乙炔炭黑，超声30分钟，蒸馏除去氯仿，得活化炭黑；
（2）取乙撑双硬脂酰胺，加入到其重量13倍的去离子水中，搅拌均匀，加入活化炭黑，搅拌均匀，即得所述导电溶液。
所述的碳前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：
取7重量份的干酪素、4重量份的葡萄糖混合，加入到混合料重量20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入0.2重量份的马来酸酐，在55℃下保温搅拌10-20分钟，即得。
一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取硼砂，加入到其重量14倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入三羟甲基丙烷，升高温度为55℃，保温搅拌2小时，蒸馏除去乙醇，得改性硼砂；
（2）取上述改性硼砂，与导电溶液混合，搅拌均匀，加入磷酸亚铁铵、乙氧基化烷基酚硫酸铵，升高温度为85℃，保温搅拌2小时，得硼砂改性导电溶液；
（3）取碳前驱体溶液、硼砂改性导电溶液、氢氧化锂混合，搅拌均匀，送入烧结炉中，通入惰性气体，在750℃下煅烧20小时，出料冷却，即得所述磷酸铁锂电池正极材料。
实施例2
一种磷酸铁锂电池正极材料，它是由下述重量份的原料组成的：
氢氧化锂46、磷酸亚铁铵70、导电溶液15、硼砂1、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.1、三羟甲基丙烷2、碳前驱体溶液20。
所述的导电溶液是由下述重量份的原料组成的：
乙炔炭黑20、柠檬酸7、乙撑双硬脂酰胺1、棕榈蜡3。
所述的导电溶液的制备方法，包括以下步骤：
（1）取棕榈蜡，加入到其重量3倍的氯仿中，搅拌均匀，加入柠檬酸，升高温度为55℃，保温搅拌1小时，加入乙炔炭黑，超声10分钟，蒸馏除去氯仿，得活化炭黑；
（2）取乙撑双硬脂酰胺，加入到其重量10-13倍的去离子水中，搅拌均匀，加入活化炭黑，搅拌均匀，即得所述导电溶液。
所述的碳前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：
取5重量份的干酪素、3重量份的葡萄糖混合，加入到混合料重量15倍的去离子水中，搅拌均匀，加入0.1重量份的马来酸酐，在50℃下保温搅拌10分钟，即得。
一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取硼砂，加入到其重量10倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入三羟甲基丙烷，升高温度为50℃，保温搅拌1小时，蒸馏除去乙醇，得改性硼砂；
（2）取上述改性硼砂，与导电溶液混合，搅拌均匀，加入磷酸亚铁铵、乙氧基化烷基酚硫酸铵，升高温度为80℃，保温搅拌1小时，得硼砂改性导电溶液；
（3）取碳前驱体溶液、硼砂改性导电溶液、氢氧化锂混合，搅拌均匀，送入烧结炉中，通入惰性气体，在600℃下煅烧10小时，出料冷却，即得所述磷酸铁锂电池正极材料。
实施例1的磷酸铁锂电池正极材料；
松装密度：1.37g/cm3；
振实密度：2.50g/cm3；
比容量（25℃，1C，vs li,mAh/g）137.0；
比容量（60℃，1C，vs li,mAh/g）136.8。
实施例2的磷酸铁锂电池正极材料；
松装密度：1.32 g/cm3；
振实密度：2.44g/cm3；
比容量（25℃，1C，vs li,mAh/g）133.2；
比容量（60℃，1C，vs li,mAh/g）134.0。

Claims (5)

1.一种磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
氢氧化锂46-50、磷酸亚铁铵70-80、导电溶液10-15、硼砂1-2、乙氧基化烷基酚硫酸铵0.1-0.2、三羟甲基丙烷2-3、碳前驱体溶液20-30。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的导电溶液是由下述重量份的原料组成的：
乙炔炭黑20-30、柠檬酸7-9、乙撑双硬脂酰胺1-2、棕榈蜡3-4。
3.根据权利要求2所述的一种磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的导电溶液的制备方法，包括以下步骤：
（1）取棕榈蜡，加入到其重量3-4倍的氯仿中，搅拌均匀，加入柠檬酸，升高温度为55-60℃，保温搅拌1-2小时，加入乙炔炭黑，超声10-30分钟，蒸馏除去氯仿，得活化炭黑；
（2）取乙撑双硬脂酰胺，加入到其重量10-13倍的去离子水中，搅拌均匀，加入活化炭黑，搅拌均匀，即得所述导电溶液。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的碳前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：
取5-7重量份的干酪素、3-4重量份的葡萄糖混合，加入到混合料重量15-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入0.1-0.2重量份的马来酸酐，在50-55℃下保温搅拌10-20分钟，即得。
5.一种如权利要求1所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取硼砂，加入到其重量10-14倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入三羟甲基丙烷，升高温度为50-55℃，保温搅拌1-2小时，蒸馏除去乙醇，得改性硼砂；
（2）取上述改性硼砂，与导电溶液混合，搅拌均匀，加入磷酸亚铁铵、乙氧基化烷基酚硫酸铵，升高温度为80-85℃，保温搅拌1-2小时，得硼砂改性导电溶液；
（3）取碳前驱体溶液、硼砂改性导电溶液、氢氧化锂混合，搅拌均匀，送入烧结炉中，通入惰性气体，在600-750℃下煅烧10-20小时，出料冷却，即得所述磷酸铁锂电池正极材料。
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