CN113299872B - 一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法,包括将铁源、锂源、磷源和碳源按照质量比为(0.92~1.08):(1~1.22):(1.15~1.36):(1.10~1.56)加入到蒸馏水中搅拌溶解,滴加络合剂搅拌后静置10~15h;将铜箔放置在装有蒸馏水中的容器中,超声2~3h后取出烘干,使用600~800目砂纸进行打磨后再次放置在蒸馏水中、无水乙醇溶液中分别超声1~2h,烘干;将步骤S1中的产物移至静电纺丝装置中,纺出的丝接收在步骤S2中的铜箔上,纺丝结束后铜箔上得到一层磷酸铁锂的纤维膜,放置在管式炉中,在氮气氛围下,以升温速率3~5℃/min升温至700~750℃,并在该温度下保温2~4h后自然冷却,取出铜箔,滴加N‑甲基吡咯烷酮、粘结剂PVDF和导电剂Super‑C,然后再次滴加N‑甲基吡咯烷酮,真空干燥箱中烘干得到所述正极。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种锂离子电池磷酸铁锂正极的 制备方法。
背景技术
锂离子电池用的磷酸铁锂材料具有优异的安全性,超长的循环寿命、良好的 高温性能和稳定的放电平台,是用于电动交通工具、储能电池和大倍率电动工具 电池的唯一选用正极材料。不同工艺制造的磷酸铁锂材料具有相当大的性能差 异。其中,磷酸铁锂材料的自放电问题是较为严重的问题之一。例如,很多固相 法合成的磷酸铁锂材料月自放电达到3%以上。而碳包覆良好、水热法制造磷酸 铁锂材料月自放电小于1%。自放电高的材料一般高温循环和储存性能也比较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法,所述制备方 法包括以下步骤:
S1:将铁源、锂源、磷源和碳源按照质量比为(0.92~1.08):(1~1.22): (1.15~1.36):(1.10~1.56)加入到蒸馏水中搅拌溶解,然后滴加络合剂搅拌后 静置10~15h,备用。
S2:将铜箔放置在装有蒸馏水中的容器中,超声2~3h后取出烘干,然后使 用600~800目砂纸进行打磨后再次放置在蒸馏水中、无水乙醇溶液中分别超声 1~2h,烘干备用。
S3:将步骤S1中的产物移至静电纺丝装置中,纺出的丝接收在步骤S2中 的铜箔上,纺丝结束后铜箔上得到一层磷酸铁锂的纤维膜,然后放置在管式炉中, 在氮气氛围下,以升温速率3~5℃/min升温至700~750℃,并在该温度下保温2~4h 后自然冷却,取出铜箔,然后滴加N-甲基吡咯烷酮、粘结剂PVDF和导电剂 Super-C,然后再次滴加N-甲基吡咯烷酮,真空干燥箱中烘干得到所述正极。
作为优选方案,上述所述的铁源选自聚合氯化铁或聚合硫酸铁中的任意一 种。
作为优选方案,上述所述的锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的任意一 种。
作为优选方案,上述所述的磷源选自磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷 酸中的任意一种。
作为优选方案,上述所述的碳源选自柠檬酸或葡萄糖中的任意一种。
作为优选方案,上述所述的络合剂为草酸或氨水中的一种。
作为优选方案,上述所述的静电纺丝的注射电压为30~35kV,注射速率为 0.28~0.33mL/h,注射距离为10~15cm。
作为优选方案,上述所述的粘结剂PVDF、导电剂Super-C和磷酸铁锂的质 量比为(1~1.2):(1~1.12):8。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、本发明中,采用静电纺丝的方法,在特定的纺丝条件下在铜箔上制得纤 维膜通过煅烧,制得的磷酸铁锂正极材料有效的降低其颗粒粒度,并且其在煅烧 过程中不会造成颗粒度的团聚,提高颗粒度的分散程度,进而有效的提高了该正 极材料的放电比容量和循环稳定性。
2、本发明中,采用本发明方法制备的磷酸铁锂的正极,有效防止了传统过 程中正极活性材料、粘结剂和导电剂混合成浆料使用毛刷涂覆在铜箔上,易出现 涂覆不均匀,进而造成放电比容量低。
附图说明
图1为本发明实施例1制备磷酸铁锂正极的循环伏安曲线;
图2为本发明实施例1制备的磷酸铁锂正极的不同倍率下循环性能图(a: 0.1C;b:1C;c:5C;d:10C);
图3为本发明实施例1制备的磷酸铁锂正极的60℃下循环性能图。
具体实施方式
下面对本发明实施例作具体详细的说明,本实施例在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,应当指出,对于本技术 领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进 和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
实施例1
一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将聚合氯化铁、氢氧化锂、磷酸铵和柠檬酸按照质量比为0.92:1:1.15: 1.10加入到蒸馏水中搅拌溶解,然后滴加草酸或氨水搅拌后静置10h,备用。
S2:将铜箔放置在装有蒸馏水中的容器中,超声2h后取出烘干,然后使用 600目砂纸进行打磨后再次放置在蒸馏水中、无水乙醇溶液中分别超声1h,烘干 备用。
S3:将步骤S1中的产物移至静电纺丝装置中,纺出的丝接收在步骤S2中 的铜箔上,纺丝结束后铜箔上得到一层磷酸铁锂的纤维膜,然后放置在管式炉中, 在氮气氛围下,以升温速率3℃/min升温至700℃,并在该温度下保温2h后自 然冷却,取出铜箔,然后滴加N-甲基吡咯烷酮、粘结剂PVDF和导电剂Super-C, 然后再次滴加N-甲基吡咯烷酮,真空干燥箱中烘干得到所述正极,其中静电纺 丝的注射电压为30kV,注射速率为0.28mL/h,注射距离为10cm;粘结剂PVDF、 导电剂Super-C和磷酸铁锂的质量比为1:1:8。
实施例2
一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将聚合硫酸铁、碳酸锂、磷酸二氢铵和葡萄糖按照质量比为1.08:1.22: 1.36:1.56加入到蒸馏水中搅拌溶解,然后滴加草酸或氨水搅拌后静置15h,备用。
S2:将铜箔放置在装有蒸馏水中的容器中,超声3h后取出烘干,然后使用 800目砂纸进行打磨后再次放置在蒸馏水中、无水乙醇溶液中分别超声2h,烘干 备用。
S3:将步骤S1中的产物移至静电纺丝装置中,纺出的丝接收在步骤S2中 的铜箔上,纺丝结束后铜箔上得到一层磷酸铁锂的纤维膜,然后放置在管式炉中, 在氮气氛围下,以升温速率5℃/min升温至750℃,并在该温度下保温4h后自 然冷却,取出铜箔,然后滴加N-甲基吡咯烷酮、粘结剂PVDF和导电剂Super-C, 然后再次滴加N-甲基吡咯烷酮,真空干燥箱中烘干得到所述正极,其中静电纺 丝的注射电压为35kV,注射速率为0.33mL/h,注射距离为15cm;粘结剂PVDF、 导电剂Super-C和磷酸铁锂的质量比为1.2:1.12:8。
实施例3
一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将聚合氯化铁、醋酸锂、磷酸氢二铵和柠檬酸按照质量比为0.96:1.06: 1.21:1.19加入到蒸馏水中搅拌溶解,然后滴加草酸或氨水搅拌后静置12h,备用。
S2:将铜箔放置在装有蒸馏水中的容器中,超声2.5h后取出烘干,然后使 用700目砂纸进行打磨后再次放置在蒸馏水中、无水乙醇溶液中分别超声1.5h, 烘干备用。
S3:将步骤S1中的产物移至静电纺丝装置中,纺出的丝接收在步骤S2中 的铜箔上,纺丝结束后铜箔上得到一层磷酸铁锂的纤维膜,然后放置在管式炉中, 在氮气氛围下,以升温速率4℃/min升温至720℃,并在该温度下保温3h后自 然冷却,取出铜箔,然后滴加N-甲基吡咯烷酮、粘结剂PVDF和导电剂Super-C, 然后再次滴加N-甲基吡咯烷酮,真空干燥箱中烘干得到所述正极,其中静电纺 丝的注射电压为32kV,注射速率为0.30mL/h,注射距离为12cm;粘结剂PVDF、 导电剂Super-C和磷酸铁锂的质量比为1.1:1.04:8。
实施例4
一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将聚合硫酸铁、碳酸锂、磷酸和葡萄糖按照质量比为1.06:1.18:1.32:1.49 加入到蒸馏水中搅拌溶解,然后滴加草酸或氨水搅拌后静置14h,备用。
S2:将铜箔放置在装有蒸馏水中的容器中,超声3h后取出烘干,然后使用 800目砂纸进行打磨后再次放置在蒸馏水中、无水乙醇溶液中分别超声2h,烘干 备用。
S3:将步骤S1中的产物移至静电纺丝装置中,纺出的丝接收在步骤S2中 的铜箔上,纺丝结束后铜箔上得到一层磷酸铁锂的纤维膜,然后放置在管式炉中, 在氮气氛围下,以升温速率4.5℃/min升温至740℃,并在该温度下保温4h后自 然冷却,取出铜箔,然后滴加N-甲基吡咯烷酮、粘结剂PVDF和导电剂Super-C, 然后再次滴加N-甲基吡咯烷酮,真空干燥箱中烘干得到所述正极,其中静电纺 丝的注射电压为34kV,注射速率为0.32mL/h,注射距离为14cm;粘结剂PVDF、 导电剂Super-C和磷酸铁锂的质量比为1.16:1.10:8。
性能测试:对实施例1中得到的电极进行循环伏安测试,结果如附图1所示, 可以看出,对应于锂离子脱出和嵌入形成的氧化还原峰具有较好的对称性,且氧 化峰和还原峰的面积具有基本相等,说明具有良好的可逆性;进而对实施例1 正极在不同倍率下测试循环伏安曲线,早0.1C、1C、5C和10C下的首次放电比 容量分别为172.6mAh/g、167.8mAh/g、151.3mAh/g和128.9mAh/g,且循环稳 定性良好;将测试温度升至60℃,在60℃下,电流密度为0.1C下测试高温循环, 测试结果如附图3所示,其放电比容量也达到122.8mAh/g,并且能够稳定循环 60次,具有良好的循环稳定性。
Claims (1)
1.一种锂离子电池磷酸铁锂正极的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
S1:将铁源、锂源、磷源和碳源按照质量比为(0.92~1.08):(1~1.22):(1.15~1.36):(1.10~1.56)加入到蒸馏水中搅拌溶解,然后滴加络合剂搅拌后静置10~15h,备用;
S2:将铜箔放置在装有蒸馏水中的容器中,超声2~3h后取出烘干,然后使用600~800目砂纸进行打磨后再次放置在蒸馏水中、无水乙醇溶液中分别超声1~2h,烘干备用;
S3:将步骤S1中的产物移至静电纺丝装置中,纺出的丝接收在步骤S2中的铜箔上,纺丝结束后铜箔上得到一层磷酸铁锂的纤维膜,然后放置在管式炉中,在氮气氛围下,以升温速率3~5℃/min升温至700~750℃,并在该温度下保温2~4h后自然冷却,取出铜箔,然后滴加N-甲基吡咯烷酮、粘结剂PVDF和导电剂Super-C,然后再次滴加N-甲基吡咯烷酮,真空干燥箱中烘干得到所述正极;
其中,所述的铁源选自聚合氯化铁或聚合硫酸铁中的任意一种;所述的锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂中的任意一种;所述的磷源选自磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的任意一种;所述的碳源选自柠檬酸或葡萄糖中的任意一种;所述的络合剂为草酸或氨水中的一种;所述的静电纺丝的注射电压为30~35kV,注射速率为0.28~0.33mL/h,注射距离为10~15cm;所述的粘结剂PVDF、导电剂Super-C和磷酸铁锂的质量比为(1~1.2):(1~1.12):8。
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