CN110010858B - 电极材料的处理方法及处理后的电极材料 - Google Patents

电极材料的处理方法及处理后的电极材料 Download PDF

Info

Publication number
CN110010858B
CN110010858B CN201810013111.4A CN201810013111A CN110010858B CN 110010858 B CN110010858 B CN 110010858B CN 201810013111 A CN201810013111 A CN 201810013111A CN 110010858 B CN110010858 B CN 110010858B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
electrode material
source gas
unsaturated
carbon source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810013111.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110010858A (zh
Inventor
请求不公布姓名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Quanfu New Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Quanfu New Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Quanfu New Energy Technology Co ltd filed Critical Shanghai Quanfu New Energy Technology Co ltd
Priority to CN201810013111.4A priority Critical patent/CN110010858B/zh
Publication of CN110010858A publication Critical patent/CN110010858A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110010858B publication Critical patent/CN110010858B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开一种电极材料的处理方法及处理后的电极材料。该处理方法如下:所述电极材料,在惰性气氛和不饱和碳源气体中,煅烧即可;其中,所述电极材料为含过渡金属元素的电极材料。采用本发明的处理方法所得电极材料,其导电性能均有大幅度提升,且制得的电池的倍率性能优异。

Description

电极材料的处理方法及处理后的电极材料
技术领域
本发明涉及一种电极材料的处理方法及处理后的电极材料。
背景技术
近数十年来,全球范围内人们积极开发锂离子动力电池材料,以用于运输工具,如电动汽车和电动自行车等。
作为锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂正极材料、镍酸锂正极材料、锰酸锂正极材料、磷酸铁锂正极材料。钴酸锂正极材料,电化学性能稳定,循环性能好,充放电性能优良,是最先被普通应用的锂离子电池正极材料,但是钴酸锂的安全性差,限制了钴系锂离子电池的使用,尤其是在电动汽车和大型储备电源方面。镍酸锂正极材料,自放电率低,无污染,与多种电解液有良好的相容性,但是合成较困难,循环性差,目前尚未有实际应用。锰酸锂正极材料的嵌锂容量相对偏低,且有两个放电平台,循环性能较差,但成本低廉,资源丰富,环境友好,目前是较为关注的正极材料之一,但是在高温下循环,容量衰减较为明显。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是正极材料的后起之秀。由于循环性、价格、安全性、比能量等方面的影响因素,LiFePO4材料具有结构稳定、原料来源丰富、环境友好而成本低廉并具有170mA·h/g的理论容量、3.5V的平稳放电平台等诸多优势,特别是其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的,使磷酸亚铁锂成为当今最吸引人的正极材料。
作为锂电池的负极材料应具有较高的充放电可逆容量,充放电循环性特性好,能快速使放电电压达到平衡状态,基本不与电解液反应,相容性好,资源丰富,成本低廉。目前常用的锂离子电池的负极材料是碳基负极材料和非碳基负极材料。但是目前负极材料也存在比容量低,放电性能差的劣势。
因此,提高锂电池电极材料的导电性成为电池领域的研究热点。
在正极材料中,添加导电炭是主要方法。炭具有优良的导电性能和较低的质量密度,加入少量的炭,一方面可以降低材料的粒径尺度,另一方面可以改善材料的导电性能。虽然炭的掺入能够较大改善导电能力,但是由于炭粉的密度小,掺入太多将导致材料的能量密度降低。
2002年,Chung等提出用高价态的金属离子如Mg2+、Al3+等进行掺杂,磷酸铁锂材料的电导率可以提高8个数量级,他们的论文很快在世界范围引起巨大反响,大量论文遵循“掺杂改性”的概念,并且很多报告提出掺杂确实有改善效果,但效果实际一直受到怀疑,没有任何证据表明磷酸铁锂材料的本征电导率得到了改善。
对于负极材料提高导电性,有研究采用碳纳米管。纳米管的管身和端帽部分分别由六边形碳环微结构和含五边形的碳环组成的多边形结构组成,它具有储存锂离子的特性,同时其一维结构可大大增强负极的放电能力,但其价格过于昂贵,大规模应用存在难度。
目前为止,还没有一种非常有效、价格低廉、安全性高的能大幅度提升电极材料导电性的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中尚没有一种非常有效、价格低廉、安全性高的能大幅度提升电极材料导电性的方法的缺陷,而提供一种电极材料的处理方法及处理后的电极材料、锂离子电池。采用本发明的处理方法处理过的电极材料,其导电性能均有大幅度提升;且制得的电池的倍率性能优异。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题:
本发明提供一种电极材料的处理方法,其包括如下步骤:所述电极材料,在惰性气氛和不饱和碳源气体中,煅烧即可;
其中,所述电极材料为含过渡金属元素的电极材料;所述不饱和碳源气体的制备方法包括如下步骤:
所述不饱和碳源气体,通过如下步骤得到:
(1)将含有碳碳不饱和键的物质、溶剂、催化剂通入高温炉中,在惰性气氛下,200~600℃下反应0.5~1h,得到预处理的高反应活性碳源气体,其中所述不饱和键物质:溶剂:催化剂质量体积比为1:10:0.1~1:100:10;
(2)再将温度升高至650~1200℃,充分裂解,形成所述不饱和碳源气体。
需要说明的是,传统的碳包覆,仅能在材料表面形成碳包覆,且碳更多的是以不定型碳的形式存在于处理材料的表面,该不定型碳并不能真正起到导电作用;而本发明的上述技术方案,不饱和气体以渗入的方式与材料结合,在材料的表面和内部形成均匀的能够起到导电作用的导电碳,从而获得电导率高的材料。
本发明中,较佳地,所述电极材料中不包含导电碳。
本发明中,所述惰性气氛可为本领域常规使用的能够避免所述电极材料与氧气发生反应的气体,例如可为氮气。
步骤(1)中,所述含有碳碳不饱和键的物质为可为现有的含有碳碳双键和/或者含有碳碳叁键的化合物。较佳地,所述含有碳碳双键的化合物为烯烃类和/或者芳香烃类化合物;所述烯烃类化合物包括乙烯、丙烯、异丁烯、异丙烯中的一种或者几种;所述芳香烃物质包括苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、乙苯、联苯、苯乙烯、苯乙炔、二苯甲烷中的一种或者几种;所述含有碳碳叁键的化合物为乙炔、丙炔、1-丁炔、1-戊炔、2-丁炔、3-乙炔中的一种或者几种;所述含有碳碳双键和碳碳叁键的化合物为1-丁烯3-炔。
步骤(1)中,所述溶剂可为能将所述含有碳碳不饱和键的物质溶解的溶剂,较佳地为水、甲醇、乙醇、丙酮、芳香烃、烷烃的一种或多种。
步骤(1)中,所述催化剂较佳地为锌类催化剂和锡类催化剂,所述锌类催化剂可为氧化锌、异辛酸锌、环烷酸锌、碳酸锌、乙酸锌、乳酸锌,所述锡类催化剂可为氧化锡、二氧化锡、辛酸亚锡、二丁基锡二月硅酸酯、二(十二烷基硫)二丁基锡。
步骤(1)中,所述不饱和键物质:溶剂:催化剂质量体积比为1:10:0.1~1:100:10;较佳地体积比为1:50:5。
本发明中,所述不饱和气体的质量占所述电极材料的质量的百分比较佳地为3%-20%,更佳地为5%-15%,例如可为6%、8%、10%、12%。
其中,较佳地,所述煅烧时,所述高温炉内,所述不饱和碳源气体的浓度较佳地为2.5g/L-9.0g/L,例如可为:3.6g/L、4.0g/L、4.5g/L、7.5g/L或9g/L。
本发明中,所述煅烧的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述煅烧较佳地在500-850℃下进行,例如可在600、650、680或者850℃下进行。
本发明中,所述煅烧的时间较佳地为4.5-10小时,例如可为4.5、5、5.5、6.5或7小时。
本发明中,所述电极材料可为本领域常规使用的含过渡金属元素的电极材料。
其中,所述过渡金属元素较佳地为钴元素、镍元素、锰元素、铁元素、钒元素和钛元素中的一种或多种。
当所述电极材料为含钴元素的电极材料、含镍元素的电极材料、含锰元素的电极材料、含铁元素的电极材料或含钒元素的电极材料时,较佳地,所述电极材料作为正极材料使用。当所述电极材料为含钛元素的电极材料时,较佳地,所述电极材料作为负极材料使用。
其中,所述含钴元素的电极材料较佳地为LiCoO2或LiCoPO4
其中,所述含镍元素的电极材料较佳地为LiNiO2或LiNiPO4
其中,所述含锰元素的电极材料较佳地为LiMnO2、LiMn2O4或LiMnPO4
其中,所述含铁元素的电极材料较佳地为LiFeO2或LiFePO4
其中,所述含钒元素的电极材料较佳地为Li3V2(PO4)3
其中,所述含钛元素的电极材料较佳地为钛酸锂。
需要说明的是,所述LiMn2O4可按照本领域常规采用的方法制备,例如:将锂的氢氧化物和锰的氧化物以1:1的质量比,混合、干燥后,在氮气气氛中煅烧即得。
需要说明的是,所述LiCoO2可按照本领域常规采用的方法制备,例如:将氧化钴和碳酸锂以1:1的质量比,混合后,再与黏合剂混合,造粒后,煅烧即得。
需要说明的是,本发明的处理方法适用于处理碳包覆的LiFePO4,尤其适用于处理未被碳包覆的LiFePO4,且LiFePO4可采用本领域常规使用的草酸亚铁法、碳热还原法或水热法制备。
其中,所述草酸亚铁法一般包括如下步骤:将草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂以1:1:1的质量比,混合、干燥后,在氮气气氛中煅烧即得。
其中,所述碳热还原法一般包括如下步骤:将磷酸铁、碳酸锂以1:1.03质量比,混合、干燥后,在氮气气氛中煅烧即得。
本发明还提供一种处理后的电极材料,所述处理后的电极材料经前述的处理方法制得。
本发明还提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括所述处理后的电极材料。
本发明中,较佳地,所述锂离子电池以涂覆有所述处理后的电极材料的极片为正极,以纯锂片为负极,以溶解在体积比1:1的碳酸乙酯和碳酸甲酯中的六氟磷酸锂为电解液,以聚丙烯微孔薄膜为隔膜,所述电极材料为含钴元素的电极材料、含镍元素的电极材料、含锰元素的电极材料、含铁元素的电极材料。更佳地,所述电极材料为LiFePO4、LiCoO2或LiMn2O4
其中,较佳地,所述正极的正极片通过如下方法制得:将所述电极材料与聚偏氟乙稀,制浆后,涂膜、烘干、压制、冲片即得。其中,较佳地,所述电极材料与聚偏氟乙稀的质量比为80:20。
本发明中,较佳地,所述锂离子电池以锰酸铁锂为正极材料,以涂覆有前述含硅元素的电极材料为负极,以溶解在体积比1:1的碳酸乙酯和碳酸甲酯中的六氟磷酸锂为电解液,以聚丙烯微孔薄膜为隔膜。其中,较佳地,所述含纳米硅的电极材料的0.2C容量为400-420mAh/g,型号为S400,购买厂家为贝特瑞。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:本发明提供一种锂离子电池、电极材料的处理方法及由该处理方法得到的电极材料。
相比现有的碳包覆和离子掺杂的方法,该处理方法,所使用的原材料成本更低、操作更加便利、且能够将电极材料的电导率提升5个以上数量级,处理后的电极材料做成电池可以满足快速充放要求,并且循环寿命大大提高,这对于锂离子动力电池的推广具有极大的现实意义。
本发明的处理方法,特别适用于提高磷酸铁锂材料的导电性;装配成锂离子电池后,室温时以1C速率充放电,其比容量高达160mAh/g以上,首次充放电效率接近100%;以5C速率充放电,其比容量高达130mAh/g以上,循环充放电500次以上,基本没有衰减现象出现。
附图说明
图1为未经过处理的磷酸铁锂材料的SEM图。
图2为实施例1所得磷酸铁锂材料的SEM图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1
(1)草酸亚铁法制备LiFePO4
草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂以1:1:1的质量比,混合、干燥后,放入高温炉中,在氮气气氛中进行煅烧,得磷酸铁锂材料。
(2)正极材料LiFePO4的处理方法
将乙烯:甲醇:氧化锌以体积比为1:10:0.1通入高温炉中,在氮气下,350℃下反应0.5h,得到预处理的高反应活性碳源气体;
再将温度升高至650℃,充分裂解,形成不饱和碳源气体;
将步骤(1)所得的磷酸铁锂材料1kg,置于容积为20L的高温炉内,通入氮气,再导入不饱和碳源气体,不饱和碳源气体占磷酸铁锂材料的质量的5%,高温炉内不饱和碳源气体的浓度为2.5g/L,在600℃下,煅烧5小时,冷却后取出。通过碳硫分析仪,测定样品的碳含量为1.5%,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为1.0S/cm。
(3)扣式半电池的制备和性能的测试
以80:20的质量比称取磷酸铁锂:聚偏氟乙稀,混合制浆后涂膜、烘干、压制、冲片,在真空手套箱内以纯锂片为负极,以溶解在碳酸乙酯和碳酸甲酯(体积比1:1)中的六氟磷酸锂为电解液,聚丙烯微孔薄膜为隔膜,组装扣式电池。
效果数据:1C倍率下,首次放电比容量158mAh/g;5C充放电倍率下,其充放电比容量为140mAh/g,300次循环后基本无衰减。
实施例2
(1)碳热还原法制备LiFePO4
磷酸铁、碳酸锂以1:1.03的质量比,混合、干燥,放入高温炉中,在氮气气氛中进行煅烧,得磷酸亚铁材料。
(2)正极材料LiFePO4的处理方法
将甲苯:甲醇:碳酸锌以体积比为1:50:0.5通入高温炉中,在氮气下,400℃下反应1h,得到预处理的高反应活性碳源气体;
再将温度升高至800℃,充分裂解,形成不饱和碳源气体;
将步骤(1)所得的磷酸铁锂材料1kg,置于容积为20L的高温炉内,通入氮气,再导入不饱和碳源气体,不饱和碳源气体占磷酸铁锂材料的质量的8%,高温炉内不饱和碳源气体的浓度为2.5g/L,在750℃下,煅烧3小时,冷却后取出。通过碳硫分析仪,测定样品的碳含量为1.25%,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为1.25×10-1S/cm。
(3)扣式半电池的制备和性能的测试
按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池。
效果数据:1C倍率下,首次放电比容量150mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为135mAh/g。
实施例3
(1)草酸亚铁法制备LiFePO4/C
草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂、碳源以1:1:1:1的质量比,混合、干燥,放入高温炉中,在氮气气氛中进行煅烧,得碳包覆的磷酸铁锂材料。
(2)正极材料LiFePO4的处理方法
将苯乙炔:水:氧化锡以体积比为1:80:2通入高温炉中,在氮气下,550℃下反应0.5h,得到预处理的高反应活性碳源气体;
再将温度升高至1000℃,充分裂解,形成不饱和碳源气体;
将步骤(1)所得的磷酸铁锂材料1kg,置于容积为20L的高温炉内,通入氮气,再导入不饱和碳源气体,不饱和碳源气体占磷酸铁锂材料的质量的15%,高温炉内不饱和碳源气体的浓度为2.5g/L,在800℃下,煅烧3小时,冷却后取出。通过碳硫分析仪,测定样品的碳含量为2.0%,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为1.5S/cm。
(3)扣式半电池的制备和性能的测试
按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池。
效果数据:1C倍率下,首次放电比容量148mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为130mAh/g。
实施例4
(1)固相法制备LiMn2O4
将锂的氢氧化物和锰的氧化物以1:1的质量比,混合、干燥,放入高温炉中,在氮气气氛中进行煅烧,得氧化锰锂。
(2)正极材料LiMn2O4的处理方法
将1-丁炔:水:二氧化锡以体积比为1:100:0.1通入高温炉中,在氮气下,350℃下反应0.75h,得到预处理的高反应活性碳源气体;
再将温度升高至1200℃,充分裂解,形成不饱和碳源气体;
将步骤(1)所得的磷酸铁锂材料1kg,置于容积为20L的高温炉内,通入氮气,再导入不饱和碳源气体,不饱和碳源气体占磷酸铁锂材料的质量的18%,高温炉内不饱和碳源气体的浓度为2.5g/L,在900℃下,煅烧5小时,冷却后取出。通过碳硫分析仪,测定样品的碳含量为2.5%,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为1.6×10-2S/cm。
(3)扣式半电池的制备和性能的测试
按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池。
效果数据:1C倍率下,首次放电比容量120mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为70mAh/g。
实施例5
(1)固相法制备LiCoO2
氧化钴和碳酸锂以1:1的质量比,混合,同时添加黏合剂进行造粒后,放入高温炉中进行煅烧,得氧化钴锂。
(2)正极材料LiCoO2的处理方法
将1-丁烯3-炔:丙酮:乙酸锌以体积比为1:80:5通入高温炉中,在氮气下,600℃下反应0.5h,得到预处理的高反应活性碳源气体;
再将温度升高至800℃,充分裂解,形成不饱和碳源气体;
将步骤(1)所得的磷酸铁锂材料1kg,置于容积为20L的高温炉内,通入氮气,再导入不饱和碳源气体,不饱和碳源气体占磷酸铁锂材料的质量的18%,高温炉内不饱和碳源气体的浓度为2.5g/L,在700℃下,煅烧8小时,冷却后取出。通过碳硫分析仪,测定样品的碳含量为1.3%,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为0.9×10-2S/cm。
(3)扣式半电池的制备和性能的测试
按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池。
效果数据:1C倍率下,首次放电比容量115mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为55mAh/g。
实施例6
导入不饱和碳源气体的含量为20%,其余同实施例1。通过电导率测试仪,测试样品的电导率为1.20S/cm。
效果数据:按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池,1C倍率下,首次放电比容量160mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为130mAh/g。
实施例7
导入不饱和碳源气体的含量为3%,其余同实施例2。通过电导率测试仪,测试样品的电导率为2.0×10-2S/cm。
效果数据:按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池,1C倍率下,首次放电比容量120mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为65mAh/g。
对比例1(采用CN201310715691.9公开的方法)
(1)草酸亚铁法制备LiFePO4
将草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂以1:1:1的质量比,混合、干燥,放入高温炉中,在氮气气氛中进行煅烧,得磷酸铁锂材料。
(2)正极材料LiFePO4的处理方法
在炉子中放入柠檬酸,密封,在300℃煅烧至无气泡流出,冷却至室温后开炉,将柠檬酸煅烧后附着在炉内的杂质全部清理去除,再将磷酸铁锂1kg,放入容积为20L的炉内,在氮气气氛下,600℃煅烧5小时,冷却后取出。通过碳硫分析仪,测定样品的碳含量为0.3%,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为0.1S/cm。
(3)扣式半电池的制备和性能的测试
以80:20的质量比称取量磷酸铁锂:聚偏氟乙稀,混合制浆后涂膜、烘干、压制、冲片,在真空手套箱内以纯锂片为负极,以溶解在碳酸乙酯和碳酸甲酯(体积比1:1)中的六氟磷酸里为电解液,聚丙烯微孔薄膜为隔膜,组装扣式电池。
效果数据:1C倍率下,首次放电比容量160mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为90mAh/g,60C充放电倍率下,其充放电比容量为30mAh/g。
对比例2
(1)草酸亚铁法制备LiFePO4/C
将草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂、碳源以1:1:1:1的质量比,混合、干燥,放入容积为20L的高温炉中,在氮气气氛中进行煅烧,得碳包覆的磷酸铁锂材料。通过碳硫分析仪,测定样品的碳含量为5%,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为1.0×10-4S/cm。
(3)扣式半电池的制备和性能的测试
按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池。
效果数据:1C倍率下,首次放电比容量140mAh/g,5C充放电倍率下,其充放电比容量为85mAh/g。
对比例3
采用对比例2的方法处理LiMn2O4,得碳包覆的LiMn2O4材料,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为5.0×10-3S/cm。按照实施例1的方法按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池。
对比例4
采用对比例2的方法处理LiCoO2,得碳包覆的LiCoO2材料,通过电导率测试仪,测试样品的电导率为1.0×10-2S/cm。按照实施例1的方法按照实施例1中(3)的方法,组装扣式电池。
表1实施例及对比例所得电极材料及电池的性能数据
Figure BDA0001540022640000101
Figure BDA0001540022640000111
未经处理的电极材料LiFePO4、LiMn2O4、LiCoO2的电导率一般在10-8数量级。比较实施例1和对比例1可知,经本发明处理方法所得磷酸铁锂材料的电导率可达1.0S/cm,而对比例1所得磷酸铁锂材料的电导率仅为0.1S/cm,本发明的处理方法可将磷酸铁锂材料的电导率提高1个数量级;组装成电池后,在1C倍率下充放电循环300次后,实施例1的首次放电比容量与对比例1基本持平,但是,与对比例1相比,实施例1在5C倍率下,充放电比容量提高了30%。
比较实施例1和对比例2可知,经本发明处理方法所得磷酸铁锂材料的电导率可达1.25×10-1S/cm,而对比例2通过碳包覆所得磷酸铁锂材料的电导率仅为1.0×10-3S/cm,本发明的处理方法可将磷酸铁锂材料的电导率提高2个数量级;组装成电池后,实施例1的电池在1C倍率下的首次放电比容量较对比例2的电池有显著提高,在5C倍率下的充放电比容量均较对比例2的电池有显著提高。通过实施例1和对比例2可知,本发明与碳包覆的方法相比,对于提高比容量效果更加明显。
比较实施例3和对比例2可知,将本发明的处理方法应运用传统碳包覆电极材料,也可显著提高电极材料的电导率及电池的倍率性能。
比较实施例4和对比例3以及实施例5和对比例4可知,将本发明的处理方法应用于处理LiMn2O4、LiCoO2,也可显著提高电极材料的电导率及电池的倍率性能。
此外,从图1可以看到,未经处理的磷酸铁锂表面光滑。经过本发明处理的图2中磷酸铁锂材料表面有一层均匀的薄碳层,比非定型碳排列的更加有序,能更好提高材料的电导率。

Claims (11)

1.一种电极材料的处理方法,其特征在于,其包括如下步骤:所述电极材料,在惰性气氛和不饱和碳源气体中,煅烧即可;
将所述的电极材料在500-850℃下进行煅烧,煅烧的时间为4.5-10小时,所述不饱和碳源气体的浓度为2.5g/L-12.0g/L;
其中,所述电极材料为含过渡金属元素的电极材料;所述不饱和碳源气体的制备方法包括如下步骤:
(1)将含有碳碳不饱和键的物质、溶剂、催化剂通入高温炉中,在惰性气氛下,200~600℃下反应0.5~1h,得到预处理的高反应活性碳源气体,其中所述不饱和键物质:溶剂:催化剂体积比为1:(10~100):(0.1~10);
(2)再将温度升高至650~1200℃,充分裂解,形成所述不饱和碳源气体。
2.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述含有碳碳不饱和键的物质为含有碳碳双键和/或者含有碳碳叁键的化合物。
3.如权利要求2所述的处理方法,其特征在于,所述含有碳碳双键的化合物为烯烃类和/或者芳香烃类化合物;所述烯烃类化合物包括乙烯、丙烯、异丁烯、异丙烯中的一种或者几种;所述芳香烃物质包括苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、乙苯、联苯、苯乙烯、苯乙炔、二苯甲烷中的一种或者几种。
4.如权利要求2所述的处理方法,其特征在于,所述含有碳碳叁键的化合物为乙炔、丙炔、1-丁炔、1-戊炔、2-丁炔、3-乙炔中的一种或者几种。
5.如权利要求2所述的处理方法,其特征在于,所述含有碳碳双键和碳碳叁键的化合物为1-丁烯3-炔。
6.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮、芳香烃、烷烃的至少一种。
7.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述不饱和碳源气体的质量占所述电极材料的质量的百分比为3%-20%。
8.如权利要求7所述的处理方法,其特征在于,所述不饱和碳源气体的质量占所述电极材料的质量的百分比为5%-15%。
9.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述含过渡金属元素的电极材料中的过渡金属元素为钴元素、镍元素、锰元素、铁元素、钒元素和钛元素中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述电极材料为LiCoO2、LiCoPO4、LiNiO2、LiNiPO4、LiMnO2、LiMn2O4、LiMnPO4、LiFeO2、LiFePO4、Li3V2(PO4)3或钛酸锂。
11.一种处理后的电极材料,其特征在于,所述处理后的电极材料由权利要求1-10任一项所述的处理方法制得。
CN201810013111.4A 2018-01-05 2018-01-05 电极材料的处理方法及处理后的电极材料 Active CN110010858B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810013111.4A CN110010858B (zh) 2018-01-05 2018-01-05 电极材料的处理方法及处理后的电极材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810013111.4A CN110010858B (zh) 2018-01-05 2018-01-05 电极材料的处理方法及处理后的电极材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110010858A CN110010858A (zh) 2019-07-12
CN110010858B true CN110010858B (zh) 2023-04-07

Family

ID=67164697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810013111.4A Active CN110010858B (zh) 2018-01-05 2018-01-05 电极材料的处理方法及处理后的电极材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110010858B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682336A (zh) * 2013-12-23 2014-03-26 复旦大学 一种提高纯磷酸亚铁锂正极材料导电性的方法
CN103956491A (zh) * 2014-05-06 2014-07-30 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090183650A1 (en) * 2006-06-12 2009-07-23 The Regents Of The University Of California Optimization of carbon coatings
CN101740752B (zh) * 2009-12-16 2012-01-18 深圳市德方纳米科技有限公司 具有核壳结构的锂离子电池用复合正极材料及其制备方法
US20110002837A1 (en) * 2009-12-17 2011-01-06 Morteza Maghrebi Enhancement of quality and quantity of carbon nanotubes during growth by addition of miscible oxygenates

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682336A (zh) * 2013-12-23 2014-03-26 复旦大学 一种提高纯磷酸亚铁锂正极材料导电性的方法
CN103956491A (zh) * 2014-05-06 2014-07-30 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池正极材料磷酸铁锰锂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110010858A (zh) 2019-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105552344B (zh) 一种锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法
CN109390563B (zh) 改性磷酸铁锂正极材料及其制备方法、正极片、锂二次电池
CN111029569B (zh) 锂离子电池补锂添加剂、电池电极及其制法和应用
US20220190436A1 (en) Battery separator coating material, preparation method therefor and use thereof
CN103647073A (zh) 一种锂离子电池正极材料及其制备方法
CN107946564B (zh) 富钠锰基Na4Mn2O5/Na0.7MnO2复合材料及其制备方法和应用
JPH07307165A (ja) リチウム二次電池
CN102244233B (zh) 一种类石墨烯掺杂与包覆钛酸锂复合负极材料的制备方法
CN112310359A (zh) 负极活性材料及二次电池
CN114552125B (zh) 一种无损补锂复合隔膜及其制备方法和应用
JP2022515951A (ja) 負極に用いられる組成物、並びにこれを含む保護膜、負極及び装置
WO2024130851A1 (zh) 一种双包覆型正极材料及其制备方法和应用
CN116682951A (zh) 正极活性材料、正极片及其制备方法和锂离子电池
CN111755670B (zh) 锂电池的负极材料、制备方法和应用
CN109659538B (zh) 基于多巴胺和磷酸锂包覆的富锂锰基氧化物材料的制备及其产品和应用
CN114709398A (zh) 一种含硫快离子导体包覆石墨复合材料及其制备方法
CN114361395A (zh) 球磨包覆导电聚合物的氧化物正极材料及制备方法和应用
CN109585833A (zh) 富锂锰基改性材料及其制备方法与正极材料
CN111180682A (zh) 一种石墨型氮化碳修饰锂离子电池正极材料
CN114824168B (zh) 用于锂离子电池正极的补锂剂、补锂方法、正极片、补锂浆料及电池
CN110010855B (zh) 电极材料的处理方法及处理后的电极材料、锂离子电池
CN116190552A (zh) 一种Li2B4O7-LiF共包覆高镍NCM锂离子电池正极材料制备方法
CN114203993B (zh) 一种Li2SeO4快离子导体改性的锂离子电池正极材料
CN114105217B (zh) 一种碳包覆四氧化三钴负极材料及其制备方法和应用
CN110010858B (zh) 电极材料的处理方法及处理后的电极材料

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant