CN109585809A - 一种表面粗糙的磷酸铁锂材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种表面粗糙的磷酸铁锂材料及其制备方法,首先将磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖和聚乙二醇PEG‑6000按一定比例混合研磨均匀,在惰性气体保护下高温煅烧,煅烧完成后立刻将料管在惰性气体保护下转移到低温环境中迅速降温,得到表面粗糙的磷酸铁锂材料。首先该材料在浆料制备中颗粒间摩擦揉搓力大,浆料混合均匀程度高,其次粗糙的磷酸铁锂材料与其它材料间结合力好,极片不易掉粉,另外该材料比表面积大,有利于提高电池的注液效率和电池的电性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,涉及一种表面粗糙的磷酸铁锂材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是当代广泛使用的电池体系,具有重量轻,寿命长,无污染等优点。磷酸铁锂作为一种锂离子电池正极材料,其特点是放电容量大,价格低廉,无毒性,不造成环境污染,锂离子电池是当代广泛使用的电池体系,具有重量轻,寿命长,无污染等优点,世界各国正竞相实现产业化生产。
磷酸铁锂的合成方法主要有高温固相反应法、碳热还原法、水热法、凝胶溶胶法、共沉淀法等,其中碳热还原法以廉价的三价铁为原料,具有工艺简单、易于实现规模化生产的特点,碳热还原法生产的磷酸铁锂材料颗粒小,分布均匀,材料颗粒表面比较光滑,但磷酸铁锂材料在电池浆料制备加工过程中材料容易团聚,且相对光滑的磷酸铁锂材料在浆料制备过程中,材料间摩擦揉搓力小,分散性能差,磷酸铁锂浆料涂覆极片表面团聚颗粒多,磷酸铁锂材料与其它材料的结合力差,极片材料结合性差,电池加工性能不好,影响了电池电性能的发挥。目前人们通过改变各种浆料分散方式来提高磷酸铁锂浆料分散性能,如配料过程中增加浆料超声搅拌、增加浆料泥状搅拌时间提高材料间的摩擦力等,但效果都不太明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题为,提供一种提高锂离子电池综合性能的磷酸铁锂材料及提高磷酸铁锂材料在浆料制备过程中分散效果,提高磷酸铁锂正极片材料结合性的磷酸铁锂材料的制备方法。
本发明的技术方案为:
一种表面粗糙的磷酸铁锂材料,其特征在于,所述磷酸铁锂材料为表面粗糙的颗粒状,表面为葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000做为包覆碳。
一种表面粗糙的磷酸铁锂材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1:将磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000按质量比300:(76~77):(25~35):(5~15)混合加入研磨钵中,然后加入所述磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000总质量1.5~2.5倍的无水乙醇,通过研磨钵混合研磨均匀;
S2:将混合好的样品装入管式电炉料管中,将料管放入管式电炉中煅烧,通入惰性气体保护,煅烧温度600~800℃,煅烧时间4~8h,煅烧完成后立刻将料管在惰性气体保护下转移到低温箱中,并通入惰性气体,低温箱设置温度0~5℃,保持料管在低温箱内存放1~2h,得到磷酸铁锂材料。
进一步的,所述将料管放入管式电炉中煅烧时与料管在低温箱中冷却时通入惰性气体的速度均为10-15 m/s。
进一步的,所述惰性气体为高纯氩气或高纯氮气。
本发明的有益效果为:
1、该发明使用葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000做为包覆碳,聚乙二醇PEG-6000在50℃左右开始熔化,葡萄糖在150℃也开始进行剧烈熔化。两种碳掺杂包覆在磷酸铁锂颗粒表面,两种碳熔化差异,碳包覆出的材料颗粒表面粗糙。且两种碳掺杂包覆在磷酸铁锂表面,碳层在磷酸铁锂表面包覆更紧密,更结实,碳层不易脱落,缓解了电池制作过程中的磷酸铁锂浆料在强力搅拌下碳层脱落造成的极片加工掉粉问题。
2、该发明中磷酸铁锂材料高温煅烧完成后立刻将料管在惰性气体保护下转移到低温箱中进行冷却瞬间降温,材料颗粒表面包覆碳材料来不及在高温到低温的转化过程中进一步进行表面平滑修饰,材料颗粒表面包覆碳材料高温形成后瞬间低温成型,材料颗粒表面粗糙程度高。
3、该发明中葡萄糖在300℃左右开始裂解,聚乙二醇PEG-6000在400℃左右开始裂解,葡萄糖产生的水蒸气多且反应历程较长,水蒸气在高温下长时间与碳接触会生成大量的强还原性氢气和一氧化碳,对磷酸铁锂产生过度还原,聚乙二醇PEG-6000剧烈裂解产生大量的气体来带走水蒸气,降低水蒸气在碳周围的浓度和停留时间,避免过度还原磷酸铁锂,有利于材料性能的提升。
4、该发明制备的磷酸铁锂材料颗粒表面粗糙,在电池混料加工过程中材料颗粒间摩擦揉搓力大,浆料混合均匀程度高,且粗糙的磷酸铁锂材料与导电剂材料结合好,浆料与集流体结合力好,电池极片不易掉粉,有利于提高电池的电性能。
5、该发明制备的磷酸铁锂材料颗粒表面粗糙,比表面积大,电解液在材料上的表面张力减小,电池极片可以吸收更多的电解液,且吸液速度快,有利于提高电池的注液效率和电池的电性能。
附图说明
图1为实施例中该发明制备的磷酸铁锂材料SEM照片。
图2为实施例中传统工艺制备的磷酸铁锂材料SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
一种磷酸铁锂材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
本发明的技术方案为:
S1:将磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000按质量比300:(76~77):(25~35):(5~15)混合加入研磨钵中,然后加入所述磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000总质量1.5~2.5倍的无水乙醇,通过研磨钵混合研磨均匀;
S2:将混合好的样品装入管式电炉料管中,将料管放入管式电炉中煅烧,通入惰性气体保护,煅烧温度600~800℃,煅烧时间4~8h,其中聚乙二醇PEG-6000在50℃左右开始熔化,葡萄糖在150℃也开始进行剧烈熔化,葡萄糖在300℃左右开始裂解,聚乙二醇PEG-6000在400℃左右开始裂解,葡萄糖产生的水蒸气多且反应历程较长,水蒸气在高温下长时间与碳接触会生成大量的强还原性氢气和一氧化碳,对磷酸铁锂产生过度还原,聚乙二醇PEG-6000剧烈裂解产生大量的气体来带走水蒸气,降低水蒸气在碳周围的浓度和停留时间,避免过度还原磷酸铁锂,有利于材料性能的提升,煅烧完成后立刻将料管在惰性气体保护下转移到低温箱中,并通入惰性气体,低温箱设置温度0~5℃,保持料管在低温箱内存放1~2h,磷酸铁锂材料高温煅烧完成后立刻将料管在惰性气体保护下转移到低温箱中进行冷却瞬间降温,材料颗粒表面包覆碳材料来不及在高温到低温的转化过程中进一步进行表面平滑修饰,材料颗粒表面包覆碳材料高温形成后瞬间低温成型,材料颗粒表面粗糙程度高。
进一步的,所述将料管放入管式电炉中煅烧时与料管在低温箱中冷却时通入惰性气体的速度均为10-15 m/s。
进一步的,所述惰性气体为高纯氩气或高纯氮气。
进一步的,所述磷酸铁锂材料为表面粗糙的颗粒状,表面为葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000做为包覆碳,两种碳掺杂包覆在磷酸铁锂颗粒表面,两种碳熔化差异,碳包覆出的材料颗粒表面粗糙,且两种碳掺杂包覆在磷酸铁锂表面,碳层在磷酸铁锂表面包覆更紧密,更结实,碳层不易脱落,缓解了电池制作过程中的磷酸铁锂浆料在强力搅拌下碳层脱落造成的极片加工掉粉问题。
实施例:
首先将100.0g磷酸铁(上海展云化工有限公司 分析纯磷酸铁)、25.5g碳酸锂(济宁宏明化学试剂有限公司 分析纯碳酸锂)、10.0g葡萄糖(山东浩中化工科技有限公司 分析纯)和3.0g聚乙二醇PEG-6000(无锡市亚太联合化工有限公司 分析纯)混合加入外径200mm氧化铝陶瓷研磨钵中,然后在研磨钵中加入280.0g无水乙醇,通过研磨钵混合研磨均匀,将混合好的样品装入管式电炉料管中,将料管放入管式电炉(天津通达实验电炉厂LU-900M管式电阻炉)中煅烧,用高纯氮气保护并设定通气流速10m/s,煅烧温度700℃,煅烧时间6h,煅烧完成后立刻将料管在高纯氮气保护下转移到内部已经降温到0℃的低温箱(上海博工实验设备制造厂 BGT100)中,并在低温箱中通入高纯氮气,通气流速10m/s,保持料管在高纯氮气保护下0℃环境中存放2h,得到的磷酸铁锂材料颗粒表面粗糙,材料加工性能好,材料SEM照片如图.1所示。
实验例:
首先将100.0g磷酸铁(上海展云化工有限公司 分析纯磷酸铁)、25.5g碳酸锂(济宁宏明化学试剂有限公司 分析纯碳酸锂)、10.5g葡萄糖(山东浩中化工科技有限公司 分析纯)混合加入外径200mm氧化铝陶瓷研磨钵中,然后在研磨钵中加入280.0g无水乙醇,通过研磨钵混合研磨均匀,将混合好的样品装入管式电炉料管中,将料管放入管式电炉(天津通达实验电炉厂LU-900M管式电阻炉)中煅烧,用高纯氮气保护并设定通气流速10m/s,煅烧温度700℃,煅烧时间6h,煅烧完成后材料在高纯氮气保护下自然降温至室温,得到的磷酸铁锂SEM照片如图.2所示。
Claims (4)
1.一种表面粗糙的磷酸铁锂材料,其特征在于,所述磷酸铁锂材料为表面粗糙的颗粒状,表面为葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000做为包覆碳。
2.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的磷酸铁锂材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1:将磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000按质量比300:(76~77):(25~35):(5~15)混合加入研磨钵中,然后加入所述磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖和聚乙二醇PEG-6000总质量1.5~2.5倍的无水乙醇,通过研磨钵混合研磨均匀;
S2:将混合好的样品装入管式电炉料管中,将料管放入管式电炉中煅烧,通入惰性气体保护,煅烧温度600~800℃,煅烧时间4~8h,煅烧完成后立刻将料管在惰性气体保护下转移到低温箱中,并通入惰性气体,低温箱设置温度0~5℃,保持料管在低温箱内存放1~2h,得到磷酸铁锂材料。
3. 根据权利要求2所述一种表面粗糙的磷酸铁锂材料的制备方法,所述将料管放入管式电炉中煅烧时与料管在低温箱中冷却时通入惰性气体的速度均为10-15 m/s。
4.根据权利要求2所述一种表面粗糙的磷酸铁锂材料的制备方法,所述惰性气体为高纯氩气或高纯氮气。
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