一種磷酸錳鐵鋰材料的固相合成方法
【專利摘要】一種磷酸錳鐵鋰材料的固相合成方法，將前驅(qū)體材料鐵源、鋰源、磷源、碳源、錳源按比例混合之后，加入分散劑進(jìn)行球磨、烘干，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下分別進(jìn)行一次燒結(jié)、二次燒結(jié)，最終得到LiMnxFe1-xPO4材料。
【專利說明】-種磯酸猛鐵結(jié)材料的固相合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種裡離子電池，尤其涉及一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為響應(yīng)國家低碳環(huán)保，節(jié)能高效的新能源號(hào)召，開發(fā)和使用新能源汽車已經(jīng)成為 未來世界汽車工業(yè)發(fā)展的必然方向。動(dòng)力電池技術(shù)是新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵，W此同時(shí)，動(dòng) 力電池對正極材料的性能也提出了更高的要求，即正極材料不但要有較高的比容量，而且 要有較高的比能量。眾所周知，磯酸鐵裡材料由于具有比容量高、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保、安 全性極高等諸多優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是新一代最具有發(fā)展前景的裡離子電池正極材料。然而該材料 也存在一定的缺陷，即離子電導(dǎo)率低、比能量低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明提供一種在保證正極材料比容量的前提下，提高材料的放電平臺(tái)，W便達(dá) 到提高材料比能量目的的一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為；一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方 法，其特征在于：將前驅(qū)體材料鐵源、裡源、磯源、碳源、猛源按比例混合之后，加入分散劑進(jìn) 行球磨、烘干，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下分別進(jìn)行一次燒結(jié)、二次燒結(jié)，最終得到LiMn,化i_,P〇4材 料。
[0005] 此方法中，前驅(qū)體材料按照Li/化摩爾比為1?1. 05,慘碳量為0. 5%?1. 5%，一 次燒結(jié)溫度為35(TC?45(TC，燒結(jié)時(shí)間為化?化，二次燒結(jié)溫度為60(TC?80(TC，燒結(jié)時(shí) 間為化?lOh。
[0006] 此方法中，所述球磨是利用行星式球磨機(jī)對前驅(qū)體材料進(jìn)行球磨，球磨機(jī)的公轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速為50?4(K)r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為100?8(K)r/min，球磨時(shí)間為2?化。
[0007] 此方法中，所述球磨使用的球磨罐材質(zhì)為氧化鉛、氧化鉛、瑪瑤、尼龍、聚四氣己帰 或不鎊鋼中的一種。
[0008] 此方法中，所述猛源為H氧化二猛、四氧化H猛、二氧化猛、碳酸猛中的一種或多 種。
[0009] 此方法中，所述碳源為葡萄糖、藏糖、可溶性淀粉、酷酵樹脂、聚己二醇中的一種或 多種。
[0010] 此方法中，LiMnxFel-xP04材料中X為0?0. 8 ;x表示猛元素與猛、鐵元素合量的 摩爾比。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果在于：由于本發(fā)明采用的該種方法，Mn27Mn3+相對Li/Li+電位 為4. IV，F(xiàn)e27化相對Li/Li+的電位為3. 4V，對碳包覆磯酸鐵裡材料進(jìn)行猛離子慘雜改性， 由于猛離子進(jìn)入磯酸鐵裡晶格內(nèi)部，可W形成固溶LiMn,Fei_yP〇4材料，該材料具有兩個(gè)明顯 的放電平臺(tái)4. IV和3. 4V，比能量得到了較大程度的提高，所W采用金屬離子慘雜的方式對 其進(jìn)行改性，W便在保證材料比容量的前提下提高其比能量，制備工藝簡單，成本低廉，顆 粒形狀規(guī)則，粒徑大小為納米級(jí)，粒度分布比較均勻，常溫0. 2C放電比容量為145mAh/g，比 能量可達(dá)490wh/kg，與純相LiF'ePOA材料（比能量為476 wh/kg)相比，比能量提高了 14 wh/ kg。本發(fā)明公開一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，屬于裡離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】。主要包 括首先對前驅(qū)體材料進(jìn)行球磨、高溫?zé)Y(jié)合成碳包覆LWeP〇4材料，通過慘雜猛源形成固溶 體LiMn,化i_,P化，達(dá)到提高材料放電平臺(tái)與放電比能量的目的。本發(fā)明具備合成工藝簡單、 成本低廉、產(chǎn)物形狀規(guī)則、粒度分布均勻、比能量較高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[001引圖1為本發(fā)明材料的沈M圖； 圖2為本發(fā)明的XRD圖； 圖3為本發(fā)明材料的0. 2C放電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明： 本發(fā)明如圖1、2、3所示， 一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于：將前驅(qū)體材料鐵源、裡源、磯源、碳 源、猛源按比例混合之后，加入分散劑進(jìn)行球磨、烘干，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下分別進(jìn)行一次燒 結(jié)、二次燒結(jié)，最終得到LiMn,Fei_,P化材料。在本實(shí)施例中，前驅(qū)體材料按照Li/化摩爾比為 1?1. 05,慘碳量為0. 5%?1. 5%，一次燒結(jié)溫度為350°C?450°C，燒結(jié)時(shí)間為化?化，二 次燒結(jié)溫度為60(TC?80(TC，燒結(jié)時(shí)間為化?lOh。在本實(shí)施例中，所述球磨是利用行星 式球磨機(jī)對前驅(qū)體材料進(jìn)行球磨，球磨機(jī)的公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為50?40化/min,自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為100? 8(K)r/min，球磨時(shí)間為2?化。在本實(shí)施例中，所述球磨使用的球磨罐材質(zhì)為氧化鉛、氧化 鉛、瑪瑤、尼龍、聚四氣己帰或不鎊鋼中的一種。在本實(shí)施例中，所述猛源為H氧化二猛、四 氧化H猛、二氧化猛、碳酸猛中的一種或多種。在本實(shí)施例中，所述碳源為葡萄糖、藏糖、可 溶性淀粉、酷酵樹脂、聚己二醇中的一種或多種。在本實(shí)施例中，LiMnxFe 1-XP04材料中X為 0?0. 8 ;x表示猛元素與猛、鐵元素合量的摩爾比。
[0014] 實(shí)施例1 將化C2〇4 ? 2&0、Li2C〇3、畑化?〇4、葡萄糖、按著Li/Fe摩爾比為1: 1，慘碳量為1. 5%混 合之后，加入無水己醇作為分散劑，放入行星式球磨機(jī)中球磨化，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為2(K)r/min，自 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為600 r/min，取出后放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)lOCrC干燥化，再將球磨后的前驅(qū)體材料裝 入管式爐中進(jìn)行一次燒結(jié)，在燒結(jié)過程中，通入惰性氣體N,作為保護(hù)氣，控制流速為0.化/ min,燒結(jié)溫度為35(TC，燒結(jié)時(shí)間為3h，冷卻后進(jìn)行研磨，再進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 70(TC，燒結(jié)時(shí)間為她，然后在N,保護(hù)下緩慢冷卻至室溫，最終得到LiFePCVC材料； 將制備的LiFeP〇4/C材料、己快黑和粘結(jié)劑聚四氣己帰按著95:20:6質(zhì)量比混合，加入 無水己醇作分散劑，在超聲清洗器中超聲lOmin，使混合漿料更加均勻，繼續(xù)攬拌使無水己 醇充分揮發(fā)至漿料成團(tuán)，在雙棍社膜機(jī)上社成一定厚度的正極膜，采用裡片作為負(fù)極材料， 電解液為Imol/L LiPFe/碳酸己帰醋巧0 +碳酸二甲醋值MC) +碳酸甲己醋（EMC),選取單 層PE結(jié)構(gòu)作為隔膜材料，在相對濕度<3%的真空手套箱內(nèi)組裝成型號(hào)為CR2430的扣式電 池。采用0. 2C電流在藍(lán)電測試系統(tǒng)上進(jìn)行充放電測試，電壓范圍為2. 3?4. 2V。
[001引 實(shí)施例2 將化C204 ? 2&0、Li2C03、NH4H2PO4、葡萄糖、二氧化猛按著Li/化摩爾比為1:1，慘碳量 為1. 5%，猛含量為0. 2%混合之后，加入無水己醇作為分散劑，放入行星式球磨機(jī)中球磨化， 公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為2(K)r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為600 r/min，取出后放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)lOCrC干燥化，再 將球磨后的前驅(qū)體材料裝入管式爐中進(jìn)行一次燒結(jié)，在燒結(jié)過程中，通入惰性氣體N,作為 保護(hù)氣，控制流速為0.化/min,燒結(jié)溫度為35(TC，燒結(jié)時(shí)間為化，冷卻后進(jìn)行研磨，再進(jìn)行 二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為70(TC，燒結(jié)時(shí)間為她，然后在N,保護(hù)下緩慢冷卻至室溫，最終得到 LiMn0.2Fe0.sP04 材料； 將制備的LiMn。.樂6。.開04材料、己快黑和粘結(jié)劑聚四氣己帰按著95:20:6質(zhì)量比混合， 加入無水己醇作分散劑，在超聲清洗器中超聲lOmin，使混合漿料更加均勻。繼續(xù)攬拌使無 水己醇充分揮發(fā)至漿料成團(tuán)，在雙棍社膜機(jī)上社成一定厚度的正極膜，采用裡片作為負(fù)極 材料，電解液為Imol/L LiPFe/碳酸己帰醋巧0 +碳酸二甲醋值MC) +碳酸甲己醋（EMC),選 取單層PE結(jié)構(gòu)作為隔膜材料，在相對濕度<3%的真空手套箱內(nèi)組裝成型號(hào)為CR2430的扣 式電池，采用0. 2C電流在藍(lán)電測試系統(tǒng)上進(jìn)行充放電測試，電壓范圍為2. 3?4. 2V。
[001引表1為LWeP04與LiMnn.2Fen.sPO4材料的電化學(xué)性能測試數(shù)據(jù)。
[0017]表 1 :
【權(quán)利要求】
1. 一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于：將前驅(qū)體材料鐵源、裡源、磯 源、碳源、猛源按比例混合之后，加入分散劑進(jìn)行球磨、烘干，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下分別進(jìn)行一 次燒結(jié)、二次燒結(jié)，最終得到LiMn,化i_,P〇4材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于：前驅(qū) 體材料按照Li/化摩爾比為1?1. 05,慘碳量為0. 5%?1. 5%，一次燒結(jié)溫度為35(TC? 450°C，燒結(jié)時(shí)間為化?化，二次燒結(jié)溫度為60(TC?80(TC，燒結(jié)時(shí)間為化?lOh。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于：所述 球磨是利用行星式球磨機(jī)對前驅(qū)體材料進(jìn)行球磨，球磨機(jī)的公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為50?40化/min,自 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為100?8(K)r/min，球磨時(shí)間為2?化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于：所述 球磨使用的球磨罐材質(zhì)為氧化鉛、氧化鉛、瑪瑤、尼龍、聚四氣己帰或不鎊鋼中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于：所述 猛源為H氧化二猛、四氧化H猛、二氧化猛、碳酸猛中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于：所述 碳源為葡萄糖、藏糖、可溶性淀粉、酷酵樹脂、聚己二醇中的一種或多種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述的一種磯酸猛鐵裡材料的固相合成方法，其特征在于： LiMnxFei_,P〇4 材料中 X 為 0 ?0. 8。
【文檔編號(hào)】C01G45/00GK104466161SQ201410690526
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】關(guān)成善, 宗繼月, 李濤, 劉艷輝, 賈傳龍 申請人:山東精工電子科技有限公司