一種低溫改善型納米磷酸鐵鋰材料的制備方法技術

本發明專利技術公開一種低溫改善型納米磷酸鐵鋰材料的制備方法，主要包括優化處理自制鐵源前驅體與在前驅體材料中包覆石墨烯材料。以FeCl3·6H2O、H3PO4為原料，加入表面活性劑，采用液相共沉淀法，合成FePO4·2H2O前驅體，將石墨烯溶解在去離子水中，分散均勻，加入已制備的FePO4·2H2O前驅體、鋰源，回流后洗滌、干燥得到石墨烯包覆的磷酸鐵鋰材料，高溫熱處理并冷卻得到最終的LiFePO4/石墨烯材料。本發明專利技術制備的材料為納米級，粒度分布均勻，顆粒平均大小為200nm左右，低溫性能優異。組裝成CR2430扣式電池，室溫0.2C放電比容量為142mAh/g，-20℃條件下0.5C放電比容量為107mAh/g，低溫放電比容量占室溫放電比容量的75%。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鋰離子電池材料制備
，尤其涉及。
技術介紹
為響應節能減排、綠色環保的能源時代號召，全國各地正在積極推行并深入貫徹與實施國家的新能源政策。近幾年來，無論是民用、軍事、通訊、還是航空領域，傳統的石油、燃油等不可再生能源的使用都在逐漸減少，取而代之的是高效環保的綠色高能蓄電池。然而在諸多的蓄電池當中，最具有市場發展前景的是磷酸鐵鋰電池與三元電池，三元電池雖然能量密度高，但是安全性能問題一直是整個電池行業困擾的問題，至今尚未得到徹底地解決。相比之下，磷酸鐵鋰電池的綜合性能比較優異，如循環壽命長、自放電小、無記憶效應、綠色環保、安全可靠可以稱得上是新一代鋰電池的首選。然而磷酸鐵鋰電池目前由于低溫性能較差，使得電池在寒冷的地區無法正常工作，滿足消費者的使用需求。因此迫切需要開發低溫性能優異的磷酸鐵鋰電池，進一步拓寬磷酸鐵鋰電池的應用領域。眾所周知，改善磷酸鐵鋰電池低溫性能的途徑有許多種，本專利技術僅提供從磷酸鐵鋰材料的角度出發，提高其低溫放電性能，以便達到從本質上來解決磷酸鐵鋰電池低溫性能差的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，解決現有磷酸鐵鋰材料制備技術存在顆粒大小分布不均勻，批次穩定性較差、低溫性能較差等問題。為了實現上述目的，本專利技術采取的技術方案如下: ，其特征在于，工藝步驟如下: (1)取FeCl3.6H20與濃Η3Ρ04，溶解于去離子水中，加入1?3%表面活性劑進行混合，勻速攪拌，向混合液中加入ΝΗ3.H20調節PH值為4?5，反應，將得到的乳白色沉淀物進行過濾、洗滌、真空干燥處理后得到FeP04.2H20前驅體； (2)將石墨烯溶解于去離子水中，超聲分散均勻，向其中加入已制備的FeP04.2H20前驅體、鋰源，100-120°C回流14-23h后洗滌、干燥得到石墨烯包覆的磷酸鐵鋰材料；(3)在惰性氣體保護環境下高溫熱處理并冷卻到室溫得到最終的LiFeP04/石墨烯材料。步驟(1)所述的FeCl3.6H20與Η3Ρ04的物質的量比為0.96?1:1。步驟(1)所述的加入ΝΗ3.H20調節PH值為4?5，PH值優選為4.5。步驟(1)所述的加入1?3%表面活性劑，表面活性劑為離子型表面活性劑，優選加入1.5%十二烷基三甲基溴化銨。步驟(2)所述的超聲分散時間為2?4h。步驟(2)所述的100-120°C回流14_23h優選為110°C回流22h。步驟(3)所述的高溫熱處理的條件為650?900°C，恒溫時間為12?36h。步驟(3)所述的惰性氣體為氮氣和氦氣中的一種。本專利技術產生的有益效果是對自制鐵源前驅體進行優化處理，制備的材料粒度分布均勻，屬于納米級，低溫性能優異，組裝成CR2430扣式電池，室溫0.2C放電比容量為142mAh/g，-20°C條件下0.5C放電比容量為107 mAh/g，低溫放電比容量占室溫放電比容量的75%?！靖綀D說明】圖1為本專利技術制備的LiFeP04/石墨烯材料SEM圖； 圖2為實施例制備的材料室溫0.2C放電比容量曲線圖； 圖3為實施例制備的材料_20°C條件下0.5C放電比容量曲線圖。【具體實施方式】下面結合具體實施例與附圖來對本專利技術進行闡述與說明。實施例1 (1)稱取物質的量之比為0.96:1的FeCl3.6Η20與濃Η3Ρ04，溶解于去離子水中，加入溶液總質量1.5%的十二烷基三甲基溴化銨，進行混合，勻速攪拌40min左右，再向混合液中加入ΝΗ3.H20調節PH值為4.5，反應時間為lh，將得到的乳白色沉淀物進行過濾、洗滌、真空干燥處理后即得到FeP04.2H20前驅體； (2)將石墨烯溶解于去離子水中，超聲分散3h后，向其中加入已制備的FeP04.2H20前驅體、L1H.H20，110°C回流22h后洗滌、干燥得到石墨烯包覆的磷酸鐵鋰材料； (3)在惰性氣體氮氣保護環境下650°C恒溫時間36h后冷卻到室溫得到最終的LiFeP04/石墨稀材料。實施例2 (1)稱取物質的量之比為0.97:1的FeCl3.6Η20與濃Η3Ρ04，溶解于去離子水中，加入溶液總質量1.5%的十二烷基三甲基溴化銨，進行混合，勻速攪拌40min左右，再向混合液中加入ΝΗ3.H20調節PH值為4.5，反應時間為lh，將得到的乳白色沉淀物進行過濾、洗滌、真空干燥處理后即得到FeP04.2H20前驅體； (2)將石墨烯溶解于去離子水中，超聲分散3h后，向其中加入已制備的FeP04.2H20前驅體、L1H.H20，110°C回流22h后洗滌、干燥得到石墨烯包覆的磷酸鐵鋰材料； (3)在惰性氣體氮氣保護環境下750°C恒溫時間20h后冷卻到室溫得到最終的LiFeP04/石墨稀材料。實施例3 (1)稱取物質的量之比為0.98:1的FeCl3.6Η20與濃Η3Ρ04，溶解于去離子水中，加入溶液總質量1.5%的十二烷基三甲基溴化銨，進行混合，勻速攪拌40min左右，再向混合液中加入ΝΗ3.H20調節PH值為4.5，反應時間為lh，將得到的乳白色沉淀物進行過濾、洗滌、真空干燥處理后即得到FeP04.2H20前驅體； (2)將石墨烯溶解于去離子水中，超聲分散3h后，向其中加入已制備的FeP04.2H20前驅體、L1H.H20，110°C回流22h后洗滌、干燥得到石墨烯包覆的磷酸鐵鋰材料； (3)在惰性氣體氦氣保護環境下750°C恒溫時間20h后冷卻到室溫得到最終的LiFeP04/石墨稀材料。實施例4 (1)稱取物質的量之比為1:1的FeCl3.6H20與濃Η3Ρ04，溶解于去離子水中，加入溶液總質量1.5%的十二烷基三甲基溴化銨，進行混合，勻速攪拌40min左右，再向混合液中加入ΝΗ3.H20調節PH值為4.5，反應時間為lh，將得到的乳白色沉淀物進行過濾、洗滌、真空干燥處理后即得到FeP04.2H20前驅體； (2)將石墨烯溶解于去離子水中，超聲分散3h后，向其中加入已制備的FeP04.2H20前驅體、L1H.H20，110°C回流22h后洗滌、干燥得到石墨烯包覆的磷酸鐵鋰材料； (3)在惰性氣體氮氣保護環境下900°C恒溫時間12h后冷卻到室溫得到最終的LiFeP04/石墨稀材料。如圖1所示，實施例1、實施例2、實施例3、實施例4制備的LiFeP04/石墨烯材料粒度分布均勾，屬于納米級。將上述實施例1、實施例2、實施例3、實施例4制備的LiFeP04/石墨烯材料、乙炔黑和粘結劑聚四氟乙烯按著93:15:7質量比混合，加入無水乙醇攪拌均勻后在雙棍乳膜機上乳成一定厚度的正極膜，采用鋰片作為負極材料，電解液為lmol/L LiPF6/碳酸乙烯酯(EC) +碳酸二甲酯(DMC) +碳酸甲乙酯(EMC)，選取宇部隔膜作為隔膜材料，在相對濕度〈3%的真空手套箱內組裝成型號為CR2430的扣式電池。采用0.2C電流在藍電測試系統上進行室溫放電與0.5C電流在高低溫試驗箱內(_20°C)放電測試，如圖2所示，電壓范圍為2.3?4.2V，室溫放電比容量(0.2C)為142mAh/go如圖3所示，低溫放電比容量(_20°C)為107mAh/g。低溫放電比容量(_20°C )均能達到室溫放電比容量的75%?！局鳈囗棥?.，其特征在于，工藝步驟如下: (1)取本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫改善型納米磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，工藝步驟如下：（1）取FeCl3·6H2O與濃H3PO4，溶解于去離子水中，加入1～3%表面活性劑進行混合，勻速攪拌，向混合液中加入NH3·H2O調節PH值為4～5，反應，將得到的乳白色沉淀物進行過濾、洗滌、真空干燥處理后得到FePO4·2H2O前驅體；（2）將石墨烯溶解于去離子水中，超聲分散均勻，向其中加入已制備的FePO4·2H2O前驅體、鋰源，100?120℃回流14?23h后洗滌、干燥得到石墨烯包覆的磷酸鐵鋰材料；（3）在惰性氣體保護環境下高溫熱處理并冷卻到室溫得到最終的LiFePO4/石墨烯材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：關成善，宗繼月，張敬捧，劉艷輝，
申請(專利權)人：山東精工電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37