CN110600705A - 一种电池正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正极材料的制备方法，包括采用碳化硅与磷酸亚铁铵进行掺杂，以及对磷酸亚铁铵的表面改性形成第一包覆层；制备磷酸铁锂以及在磷酸铁锂的外表面形成第二包覆层，对磷酸铁锂进行热处理使得第一、二包覆层变成碳包覆。上述技术方案中，通过网状结构的双层碳包覆、在纳米片的表面造孔以及碳化硅的掺杂，形成多维和多级孔结构，显著提高碳与磷酸铁锂的接触范围和缩短锂离子传输的距离，增加电子导电通道和提高导电性，增加活性材料和电解液的接触浸润，有利于锂离子的快速的传输。

Description

一种电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池生产领域，具体涉及一种电池正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有高电压、高能量密度、无记忆效应、安全可靠、热稳定性好、循环寿命长、环保等特点，是目前应用最广泛的二次电池。目前主流的有磷酸铁锂和三元体系，从安全性能和循环寿命这两个动力电池重要指标看，磷酸铁锂电池更具备优势。然而，磷酸铁锂也存在一定的缺点，如较低的固有电子电导率和较小的锂离子扩散系数，从而严重影响了磷酸铁锂的电化学性能，尤其是在高倍率充放电时的电化学性能，大大限制了其在动力电池上的广泛应用。目前研究和开发的产品中，一般都对磷酸铁锂进行改性，改性的方法包括碳包覆、添加导电物质、掺杂改性及制备纳米级颗粒材料等等。但是，目前研究的改性方法，大多是针对磷酸铁锂的某一个方面进行重点改性，改性后的材料，虽然在单一性能上有所提升，但其性能/综合性能仍难达到使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池正极材料的制备方法，其制备的电池正极材料的循环稳定性好，尤其是在高倍率充放电时的电化学性能。
本发明采取的技术方案具体如下方案进行实施:
一种电池正极材料的制备方法，其特征在于:包括采用碳化硅与磷酸亚铁铵进行掺杂，以及对磷酸亚铁铵的表面改性形成第一包覆层；制备磷酸铁锂以及在磷酸铁锂的外表面形成第二包覆层，对磷酸铁锂进行热处理使得第一、二包覆层变成碳包覆。
具体的操作为:配制磷酸溶液和硫酸亚铁溶液，按照磷酸和硫酸亚铁1:1的摩尔比取用两溶液混匀，然后向混合液内加入纳米碳化钛粉体、番茄红素和十六烷基三甲基溴化铵，按照每摩尔硫酸亚铁加入2～2.1g纳米碳化钛粉体的量添加纳米碳化钛粉体，按照每摩尔硫酸亚铁加入10～12g番茄红素的量添加番茄红素，按照每摩尔硫酸亚铁加入50～55g十六烷基三甲基溴化铵的量添加CTAB，超声分散混匀并将溶液加热至60℃，然后滴加氨水调节PH至4～6，反应1～1.5h，过滤回收反应产物，将反应产物在丙酮中浸泡处理，洗涤、干燥后得到掺杂和表面改性的改性磷酸亚铁铵；将改性磷酸亚铁铵和按量称取的碳酸铵、草酸锂、淀粉投入去离子水搅拌混合配制成混合浆料，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.22～0.25mol的碳酸铵进行添加，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.5～0.55mol的草酸锂进行添加，按照每摩尔硫酸亚铁取用60～70g的淀粉进行添加，得到混合浆料转移至纳米砂磨机中研磨4～6h，研磨后将混合浆料进行喷雾干燥，将喷雾干燥后收集的粉体在氮气气氛下进行热处理，热处理的时间为12～15h，温度600～650℃，热处理后即可制得所述电极正极材料。
上述技术方案中，通过网状结构的双层碳包覆、在纳米片的表面的造孔以及碳化硅的掺杂，形成多维和多级孔结构，显著提高碳与磷酸铁锂的接触范围和缩短锂离子传输的距离，增加电子导电通道和提高导电性，增加活性材料和电解液的接触浸润，有利于锂离子的快速的传输。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。所用原料除特别注明以外，均采用商业渠道购买得到。
实施例1:配制磷酸溶液和硫酸亚铁溶液，按照磷酸和硫酸亚铁1:1的摩尔比取用两溶液混匀，然后向混合液内加入纳米碳化钛粉体、番茄红素和十六烷基三甲基溴化铵，按照每摩尔硫酸亚铁加入2g纳米碳化钛粉体的量添加纳米碳化钛粉体，按照每摩尔硫酸亚铁加入12g番茄红素的量添加番茄红素，按照每摩尔硫酸亚铁加入55g十六烷基三甲基溴化铵的量添加CTAB，超声分散混匀并将溶液加热至60℃，然后滴加氨水调节PH至6，反应1.5h，过滤回收反应产物，将反应产物在丙酮中浸泡处理，洗涤、干燥后得到掺杂和表面改性的改性磷酸亚铁铵；将改性磷酸亚铁铵和按量称取的碳酸铵、草酸锂、淀粉投入去离子水搅拌混合配制成混合浆料，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.25mol的碳酸铵进行添加，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.55mol的草酸锂进行添加，按照每摩尔硫酸亚铁取用70g的淀粉进行添加，得到混合浆料转移至纳米砂磨机中研磨6h，研磨后将混合浆料进行喷雾干燥，将喷雾干燥后收集的粉体在氮气气氛下进行热处理，热处理的时间为15h，温度650℃，热处理后即可制得所述电极正极材料。
实施例2:配制磷酸溶液和硫酸亚铁溶液，按照磷酸和硫酸亚铁1:1的摩尔比取用两溶液混匀，然后向混合液内加入纳米碳化钛粉体、番茄红素和十六烷基三甲基溴化铵，按照每摩尔硫酸亚铁加入2.1g纳米碳化钛粉体的量添加纳米碳化钛粉体，按照每摩尔硫酸亚铁加入10g番茄红素的量添加番茄红素，按照每摩尔硫酸亚铁加入50g十六烷基三甲基溴化铵的量添加CTAB，超声分散混匀并将溶液加热至60℃，然后滴加氨水调节PH至4，反应1h，过滤回收反应产物，将反应产物在丙酮中浸泡处理，洗涤、干燥后得到掺杂和表面改性的改性磷酸亚铁铵；将改性磷酸亚铁铵和按量称取的碳酸铵、草酸锂、淀粉投入去离子水搅拌混合配制成混合浆料，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.22mol的碳酸铵进行添加，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.5mol的草酸锂进行添加，按照每摩尔硫酸亚铁取用60g的淀粉进行添加，得到混合浆料转移至纳米砂磨机中研磨4h，研磨后将混合浆料进行喷雾干燥，将喷雾干燥后收集的粉体在氮气气氛下进行热处理，热处理的时间为12h，温度600℃，热处理后即可制得所述电极正极材料。
实施例3:分别称取实施例1～2制备的正极材料，按照正极料:SP:CNT:PVDF＝95:2:0.5:2.5的质量比制作锂电池正极，先将PVDF溶解于溶剂NMP中形成胶液，再往溶剂NMP中加入正极材料和导电剂SP，通过搅拌分散后加入CNT导电液，高速分散后，加入预先制备的胶液，高速分散后通过调节粘度形成正极浆料。将正极浆料按照面密度为150g/m2涂覆在15um的铝箔上，并按照2.4g/cm3的压实密度辊压制成正极片。
以金属锂为负极，Celgard2325聚丙稀微孔膜为隔膜，采用1mol/L的LiPF6/EC/DMC(EC和DMC的体积比1:1)为电解质，在充满氩气的手套箱中装配电池，进行扣式电池的恒电流充放电(3.65～2.0V)测试，结果如下表1所示。

Claims (2)

1.一种正极材料的制备方法，其特征在于:包括采用碳化硅与磷酸亚铁铵进行掺杂，以及对磷酸亚铁铵的表面改性形成第一包覆层；制备磷酸铁锂以及在磷酸铁锂的外表面形成第二包覆层，对磷酸铁锂进行热处理使得第一、二包覆层变成碳包覆。
2.根据权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下操作:
配制磷酸溶液和硫酸亚铁溶液，按照磷酸和硫酸亚铁1:1的摩尔比取用两溶液混匀，然后向混合液内加入纳米碳化钛粉体、番茄红素和十十六烷基三甲基溴化铵，按照每摩尔硫酸亚铁加入2～2.1g纳米碳化钛粉体的量添加纳米碳化钛粉体，按照每摩尔硫酸亚铁加入10～12g番茄红素的量添加番茄红素，按照每摩尔硫酸亚铁加入50～55g十六烷基三甲基溴化铵的量添加CTAB，超声分散混匀并将溶液加热至60℃，然后滴加氨水调节PH至4～6，反应1～1.5h，过滤回收反应产物，将反应产物在丙酮中浸泡处理，洗涤、干燥后得到掺杂和表面改性的改性磷酸亚铁铵；
将改性磷酸亚铁铵和按量称取的的碳酸铵、草酸锂、淀粉投入去离子水搅拌混合配制成混合浆料，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.22～0.25mol的碳酸铵进行称取碳酸铵，按照每摩尔硫酸亚铁取用0.5～0.55mol的草酸锂进行称取草酸锂，按照每摩尔硫酸亚铁取用60～70g的淀粉进行称取淀粉，得到混合浆料转移至纳米砂磨机中研磨4～6h，研磨后将混合浆料进行喷雾干燥，将喷雾干燥后收集的粉体在氮气气氛下进行热处理，热处理的时间为12～15h，温度600～650℃，热处理后即可制得所述电极正极材料。
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