一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法技術

本發明專利技術提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括如下步驟：步驟一：配置一定濃度的高分子溶液，向高分子溶液中加入碳材料并進行超聲分散，再加入一定量的金屬化合物，高速攪拌至溶解，再緩慢滴加一定濃度的硼氫化鈉溶液，高速攪拌，反應數小時后離心分離，洗滌干燥得到碳載金屬材料；步驟二：取步驟一得到的碳載金屬材料溶于水中，添加一定物質的量比的鋰源、磷源及鐵源，混合攪拌均勻后，注入反應釜中，高溫反應數小時，過濾、洗滌、干燥，得到金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰；步驟三：將步驟二得到的金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰置于管式爐中煅燒及焙燒，研磨得到最終產物。

Method for preparing lithium iron phosphate positive electrode material

The present invention provides a method for preparing lithium iron phosphate cathode material, which comprises the following steps: step one: the allocation of a certain concentration of polymer solution, to carbon material into polymer solution and ultrasonic dispersion, then adding a certain quantity of metal compounds, high-speed stirring to dissolve the sodium borohydride solution, then slowly adding certain the concentration of high speed stirring, reaction hours after centrifugation, washing and drying to obtain carbon supported metal materials; step two: take steps to get a carbon supported metal material is dissolved in water, lithium source, adding a certain amount of substance than the phosphorus source and iron source, mixing into the reactor, high temperature reaction the number of hours, filtering, washing and drying to obtain metal modified carbon supported lithium iron phosphate; step three: the two step metal modified carbon supported lithium iron phosphate in calcining furnace tube And the final product was obtained by roasting and grinding.

【技術實現步驟摘要】
一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法
本專利技術涉及電池材料
，尤其涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。
技術介紹
LiFePO4能夠可逆地嵌入和脫嵌鋰離子，具有原材料來源豐富、比容量高、循環壽命長、安全無毒、環境友好等特點，并且還有3.5V(vs.Li/Li+)電位和較長的電壓平臺，被認為是新能源動力電池的理想正極材料。然而，LiFePO4的電導率不高，Li+離子擴散系數較低，導致LiFePO4高倍率充放電性能不佳，嚴重影響了LiFePO4電池在商業上的使用和推廣。碳納米管作為一種優良的導電劑材料，由于其良好的導電性能、較好的Li+離子的傳輸性能、獨特的一維管狀結構以及化學惰性，對改善電池容量發揮、高倍率充放電以及循環性能等具有重要的意義。而碳納米管在工藝生產的過程中，多采用物理摻雜混合的方式來提高磷酸鐵鋰的導電率，由于碳納米管比表面積大、活性高，容易團聚成簇，這就使得碳納米管并沒有完全發揮其導電性能。生產實踐表明，沒有分散開的碳納米管并沒有帶來大規模的導電性能的改善，并且與導電石墨等導電劑相比較而言，也并沒有出現大幅度提升LiFePO4的倍率性能。鑒于此，實有必要提供一種新型的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法以克服以上缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種有效提高碳納米管的利用效率、改善碳納米管的分散程度且提高大倍率充放電流的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。為了實現上述目的，本專利技術提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括如下步驟：步驟一：配置一定濃度的高分子溶液，向高分子溶液中加入碳材料并進行超聲分散，再加入一定量的金屬化合物，高速攪拌至溶解，再緩慢滴加一定濃度的硼氫化鈉溶液，高速攪拌，反應數小時后離心分離，洗滌干燥得到碳載金屬材料；步驟二：取步驟一得到的碳載金屬材料溶于水中，添加一定物質的量比的鋰源、磷源及鐵源，混合攪拌均勻后，注入反應釜中，高溫反應數小時，過濾、洗滌、干燥，得到金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰；步驟三：將步驟二得到的金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰置于管式爐中煅燒及焙燒，研磨得到最終產物。在一個優選實施方式中，所述步驟一制得的碳載金屬材料中金屬材料的質量分數為3％-8％。在一個優選實施方式中，所述步驟一的高分子溶液的濃度為1％-5％。在一個優選實施方式中，所述步驟一中的高分子溶液中的高分子活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或多種。在一個優選實施方式中，所述步驟一中的碳材料為球狀石墨、碳納米管、石墨烯中的一種或多種。在一個優選實施方式中，所述步驟一中的金屬化合物為硝酸銀、硝酸鈷、醋酸錳、氯化鈀、氯化鉑中的一種或多種。在一個優選實施方式中，所述步驟一中硼氫化鈉溶液的硼氫化鈉的質量分數為2％。在一個優選實施方式中，所述步驟二中鋰源、磷源及鐵源的物質的量之比為0.19：0.063：0.063。在一個優選實施方式中，所述步驟二中高溫反應的反應溫度為240℃，反應時間為4h；所述步驟二中的干燥條件為60℃真空干燥。在一個優選實施方式中，所述步驟三中的煅燒溫度為650℃，煅燒時間為5h；所述步驟三中的焙燒溫度為800℃，煅燒時間為6h。相比于現有技術，本專利技術提供的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，通過在碳納米管表面原位沉積納米金屬材料以后再水熱法結合磷酸鐵鋰，一方面，碳納米管負載的納米金屬顆粒有利于減小碳納米管分子間作用力、拉開碳納米管分子間距離，更有利于碳納米管的打漿分散；另一方面，納米金屬材料的加入還有助于提升碳納米管的導電性能，對碳納米管導電網絡結構中的電子導通有著積極的影響；并且，碳載納米金屬材料的加入有助于活化磷酸鐵鋰，通過水熱合成的磷酸鐵鋰沉積在碳載金屬材料上面，不僅有利于控制晶體的粒徑與形貌，并且活化了磷酸鐵鋰的晶格，對磷酸鐵鋰的容量發揮有推動作用，促進了電子傳導與Li+離子的傳輸擴散，有益于提高磷酸鐵鋰材料的倍率性能與循環性能?！靖綀D說明】圖1a與圖1b為未經過處理的碳納米管的SEM圖；圖2c與圖2d為本專利技術實施例1中碳納米管載納米銀顆粒的SEM圖；圖3e與圖3f為本專利技術實施例1中銀修飾的碳納米管載磷酸鐵鋰的SEM圖；圖4為本專利技術實施例1制備的銀修飾碳納米管載磷酸鐵鋰與普通碳納米管混料磷酸鐵鋰的倍率放電性能曲線圖。【具體實施方式】為了使本專利技術的目的、技術方案和有益技術效果更加清晰明白，以下結合附圖和具體實施方式，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本專利技術，并不是為了限定本專利技術。本專利技術提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括如下步驟：步驟一：配置一定濃度的高分子溶液，向高分子溶液中加入碳材料并進行超聲分散，再加入一定量的金屬化合物，高速攪拌至溶解，再緩慢滴加一定濃度的硼氫化鈉溶液，高速攪拌，反應數小時后離心分離，洗滌干燥得到碳載金屬材料；步驟二：取步驟一得到的碳載金屬材料溶于水中，添加一定物質的量比的鋰源、磷源及鐵源，混合攪拌均勻后，注入反應釜中，高溫反應數小時，過濾、洗滌、干燥，得到金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰；步驟三：將步驟二得到的金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰置于管式爐中煅燒及焙燒，研磨得到最終產物，即磷酸鐵鋰正極材料。具體的，所述步驟一制得的碳載金屬材料中金屬材料的質量分數為3％-8％。所述步驟一的高分子溶液的濃度為1％-5％。所述步驟一中的高分子溶液中的高分子活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或多種。所述步驟一中的碳材料為球狀石墨、碳納米管、石墨烯中的一種或多種。所述步驟一中的金屬化合物為硝酸銀、硝酸鈷、醋酸錳、氯化鈀、氯化鉑中的一種或多種。所述步驟一中硼氫化鈉溶液的硼氫化鈉的質量分數為2％。具體的，所述步驟二中鋰源、磷源及鐵源的物質的量之比為0.19：0.063：0.063。所述步驟二中高溫反應的反應溫度為240℃，反應時間為4h；所述步驟二中的干燥條件為60℃真空干燥。具體的，所述步驟三中的煅燒溫度為650℃，煅燒時間為5h；所述步驟三中的焙燒溫度為800℃，煅燒時間為6h。實施例1：1、稱取0.5g聚乙烯吡咯烷酮溶解在30ml水中，添加0.33g碳納米管于溶液中超聲分散，將0.026mol硝酸銀加入至溶液，高速攪拌溶解，再緩慢滴加15ml質量分數為2％的NaBH4溶液，邊高速攪拌邊滴加，反應2h后離心分離，產物洗滌至中性，60℃真空干燥得到碳納米管載納米銀；2、稱取0.2g步驟1制得的碳納米管載納米銀至40ml水中，超聲分散，將0.19molLiOH·H2O添加到上述溶液，再緩慢滴加0.063molH3PO4到混合溶液中，形成白色懸濁液，之后將用氮氣除氧的0.063mol的FeSO4·7H2O滴加到白色懸濁液中，該過程中溶液持續通氮氣保護，注入高壓釜中，密封，氮氣除氧后，在240℃條件下保溫4h，反應后冷卻至室溫，反復洗滌，在60℃真空干燥得到銀修飾的碳納米管載磷酸鐵鋰；3、將步驟2制得的銀修飾的碳納米管載磷酸鐵鋰在氮氣保護的氣氛管式爐中650℃煅燒5h，降至室溫后室溫研磨0.5h，接著在氮氣管式爐800℃焙燒6h，降至室溫后研磨得到最終產物。實施例2：1、稱取0.5g聚乙烯吡咯烷酮溶解在30ml水中，添加0.4g碳納米管于溶液中超聲分散本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一：配置一定濃度的高分子溶液，向高分子溶液中加入碳材料并進行超聲分散，再加入一定量的金屬化合物，高速攪拌至溶解，再緩慢滴加一定濃度的硼氫化鈉溶液，高速攪拌，反應數小時后離心分離，洗滌干燥得到碳載金屬材料；步驟二：取步驟一得到的碳載金屬材料溶于水中，添加一定物質的量比的鋰源、磷源及鐵源，混合攪拌均勻后，注入反應釜中，高溫反應數小時，過濾、洗滌、干燥，得到金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰；步驟三：將步驟二得到的金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰置于管式爐中煅燒及焙燒，研磨得到最終產物。

【技術特征摘要】
1.一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一：配置一定濃度的高分子溶液，向高分子溶液中加入碳材料并進行超聲分散，再加入一定量的金屬化合物，高速攪拌至溶解，再緩慢滴加一定濃度的硼氫化鈉溶液，高速攪拌，反應數小時后離心分離，洗滌干燥得到碳載金屬材料；步驟二：取步驟一得到的碳載金屬材料溶于水中，添加一定物質的量比的鋰源、磷源及鐵源，混合攪拌均勻后，注入反應釜中，高溫反應數小時，過濾、洗滌、干燥，得到金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰；步驟三：將步驟二得到的金屬修飾的碳載磷酸鐵鋰置于管式爐中煅燒及焙燒，研磨得到最終產物。2.如權利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一制得的碳載金屬材料中金屬材料的質量分數為3％-8％。3.如權利要求2所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一的高分子溶液的濃度為1％-5％。4.如權利要求3所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中的高分子溶液中的高分子活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉、十...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陽錚，楊國龍，饒睦敏，李瑤，
申請(專利權)人：深圳市沃特瑪電池有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44