本發(fā)明專利技術(shù)一種磷酸鹽包覆納米磷酸鐵鋰正極材料及制備方法，屬于能源材料領(lǐng)域，特別涉及鋰離子電池正極材料領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)提供一種表面磷酸鹽或焦磷酸鹽包覆型納米LiFePO4及其制備方法，這類材料是以鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、鋁源化合物(釩源化合物)為原料，混合分散后采用高溫固相法，制備出在納米LiFePO4表面生成一種具有良好鋰離子傳導(dǎo)能力的磷酸鹽或焦磷酸鹽非晶膜，這種材料有利于Li+易于傳導(dǎo)到晶粒的表面，增強(qiáng)Li+的遷移能力，可以大幅度提高LiFePO4材料的動力學(xué)性能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于綠色能源材料
，特別是涉及鋰離子電池用磷酸亞鐵鋰材料及其制造方法。
技術(shù)介紹
鋰離子電池是目前比能量最高的一種便攜式化學(xué)電源，它具有輸出電壓高、放電電壓平穩(wěn)、能量密度高、自放電率小以及貯存和工作壽命長等優(yōu)點。隨著當(dāng)今電子設(shè)備小型化和電動工具的飛速發(fā)展，鋰離子電池的研究與應(yīng)用也越來越得到重視。對于目前的鋰離子電池來說，正極材料作為鋰離子的庫源，是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一。目前鋰離子電池使用的正極材料主要是鋰過渡金屬氧化物，包括六方層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2和LiNi1IyCoxMnyO2(O ^ x, y ^ I, x+y く I)，尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4以及聚陰離子類正極材料如橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4。 橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4由Goodenough等人于1997年發(fā)現(xiàn)并成功制備出具有脫嵌鋰性能的材料。作為鋰離子電池正極材料，具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽體系中所有的氧離子都通過很強(qiáng)的共價鍵與P5+構(gòu)成穩(wěn)定的(PO4) 3_聚陰離子基團(tuán)，因此晶格中的氧不易丟失，這使得該材料具有很好的安全性。磷酸鐵鋰?yán)碚摫热萘縃OmAhg—1，同時具有合成原料豐富、價格低廉，本身無毒、環(huán)境友好等特點，作為動カ電池和儲能電池具有廣闊的應(yīng)用潛力，引起了國內(nèi)外眾多研究者的廣泛關(guān)注。與其它正極材料相比，Li+在LiFePO4中的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)較低，約在I. 8X 10_16 2. 2 X l(T14cm2/s。室溫下LiFePO4的電子電導(dǎo)也遠(yuǎn)低于其它正極材料，大約在10_9S/cm，因此導(dǎo)致LiFePO4的動力學(xué)性能很差。為此國內(nèi)外的研究者們做了大量工作，主要集中在采用碳包覆、金屬離子摻雜等的方法提高磷酸鐵鋰的表觀電導(dǎo)率，和減小顆粒的粒徑縮短Li+遷移路徑等方法提高材料電化學(xué)性能。提高充放電過程中材料界面反應(yīng)Li+傳輸能力可以提高LiFePO4脫嵌鋰的動力學(xué)性能。雖然原則上說Li+能夠通過電解液在LiFePO4晶體的任意表面上脫嵌，然而Li+要遷移到晶體內(nèi)，只能通過橄欖石晶體的(OlO)面。因此通過在材料表面生成具有良好鋰離子傳導(dǎo)能力的非晶膜層，使Li+易于傳導(dǎo)到晶粒的表面，同時非晶膜層消除晶體表面的各向異性，增強(qiáng)Li+在(OlO)面的遷移能力，可以大幅度提高LiFePO4材料的動力學(xué)性能。適用于動カ電池快速充放電的要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供ー種表面磷酸鹽包覆型納米LiFePO4及其制備方法為實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)所提供的表面磷酸鹽包覆納米LiFePO4是以鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、鋁源化合物(釩源化合物)為原料，混合制備表面磷酸鹽或焦磷酸鹽包覆納米LiFePO4的復(fù)合納米材料。上述表面磷酸鹽包覆納米LiFePO4材料中，所述的鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、鋁源化合物(釩源化合物)按照鐵、磷、鋰、鋁(或釩)元素摩爾比為I 1-1. 2 O. 9-1. 2 0-0. I。上述表面磷酸鹽包覆納米LiFePO4材料中，所述的鋰源化合物可以是氫氧化鋰、碳酸鋰、こ酸鋰、草酸鋰、磷酸ニ氫鋰中的ー種或幾種；所述鐵源化合物可以是氧化鐵、草酸亞鐵、磷酸亞鐵、磷酸鐵中的ー種或幾種；所述磷源化合物可以是磷酸ニ氫銨、磷酸鋰、磷酸ニ氫鋰、磷酸亞鐵銨、磷酸鐵中的ー種或幾種；鋁源化合物可以是磷酸鋁，氧化鋁，こ酸鋁，硝酸鋁中的ー種或幾種；釩源化合物可以是釩的氧化物，偏釩酸，偏釩酸銨，釩酸鋰中的ー種或幾種。為實現(xiàn)以上專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)所提供的表面磷酸鹽或焦磷酸鹽包覆納米LiFePO4的復(fù)合納米材料的制備方法，其步驟如下按照鐵、磷、鋰、鋁(或釩)元素摩爾比為I : 1-1.2 O. 9-1. 2 0-0. I的比例稱取鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、鋁源化合物(或釩源化合物)，分別加入至含一定濃度分散劑的水性溶劑中球磨，球磨磨速為300 1500r/min。球磨2 12h。將漿料轉(zhuǎn)移 至80 120°C干燥箱干燥或噴霧干燥，并將干燥的前軀體轉(zhuǎn)移至惰性氣氛保護(hù)爐內(nèi)通入惰性氣體(氮?dú)狻鍤饣虻獨(dú)寤旌蠚?保護(hù)，以2 10°C /min的升溫速率升至350 450°C，保溫4 IOh后，再以2 10°C /min的升溫速率升溫至650 800°C，保溫8 20h，冷卻后得到鋰離子電池正極材料磷酸鹽包覆型磷酸亞鐵鋰。上述制備方法中，所述加入作為分散劑的物質(zhì)為聚こ烯吡咯烷酮PVP，聚こニ醇PEG，三こ基己基磷酸，甲基戊醇，聚丙烯酰胺中的ー種或幾種。本專利技術(shù)能夠得到LiFeP2O7, LiAlP2O7, Li3V2 (PO4) 3納米層包覆的納米LiFePO4鋰離子電池正極材料，該方法制作エ藝操作方便，原料廉價易得，對設(shè)備要求不高，適合大規(guī)模エ業(yè)化生產(chǎn)。附圖說明圖I按實施例I所得樣品的掃描電鏡照片。圖2按實施例I所得樣品的不同倍率容量曲線。圖3按實施例2所得樣品的不同倍率容量曲線。具體實施例方式實施例I按照鐵、磷、鋰、鋁摩爾比為I : 1.05 I. I O. 05稱取磷酸鐵、碳酸鋰、磷酸鋁混合，加入至含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4% PVP的水性溶劑中球磨，磨速為1500r/min，球磨2h。將漿料轉(zhuǎn)移至80°C干燥箱真空干燥，并將干燥的前軀體轉(zhuǎn)移至惰性氣氛保護(hù)爐內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，以5°C /min的升溫速率升至350°C，保溫5h后，再以10°C /min的升溫速率升溫至700°C，保溫18h，冷卻后得到LiAlP2O7包覆納米LiFePO4鋰離子電池正極材料。圖I是所得樣品的掃描電鏡圖片，從圖中可以看出，所得樣品顆粒均勻細(xì)小，一次粒子約lOOnm。圖2是通過上述方法得到的LiAlP2O7包覆納米LiFePO4鋰離子電池正極材料不同放電倍率容量測試曲線，O. 1C, O. 2C放電容量為leOmAhg'O. 5C、1C、2C放電容量分別是 155mAhg \ 148mAhg \ 136mAhg、實施例2按照鐵、磷、鋰、鋁摩爾比為I : I : 1.02 O. 01稱取磷酸鐵、碳酸鋰、氧化鋁(或こ酸鋁，硝酸鋁)混合，加入至含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3. 5% PEG的水性溶劑中球磨，磨速為800r/min，球磨10h。將漿料轉(zhuǎn)移至80°C干燥箱真空干燥，并將干燥的前軀體轉(zhuǎn)移至惰性氣氛保護(hù)爐內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，以8 V /min的升溫速率升至350°C，保溫6h后，再以8 V /min的升溫速率升溫至710°C，保溫14h，冷卻后得到LiAlP2O7包覆納米LiFePO4鋰離子電池正極材料。圖3是通過上述方法得到的LiAlP2O7包覆納米LiFePO4鋰離子電池正極材料不同放電倍率容量測試曲線，O. 1C,O. 2C放電容量為ISSmAhgO. 5C、1C、2C、5C放電容量分別是HSmAhg—1、HOmAhg—1、I^SmAhg—1、lOOmAhg—1。實施例3按照鐵、磷、鋰、釩摩爾比為I : 1.05 : 1.1 : O. 05稱取三氧化ニ鐵、磷酸ニ氫鋰、釩酸鋰五氧化ニ釩混合，加入至含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%聚丙烯酰胺的水性溶劑中球磨，磨速為1000r/min，球磨10h。將漿料轉(zhuǎn)移噴霧干燥，噴霧時進(jìn)ロ溫度170°C，出口 80°C，泵速15Hz，噴頭轉(zhuǎn)速45Hz。并將干燥的前軀體轉(zhuǎn)移至惰性氣氛保護(hù)爐內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，以2V 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種表面磷酸鹽包覆型納米LiFePO4鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的正極材料以鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物、鋁源化合物(釩源化合物)為原料混合制備磷酸鹽覆納米LiFePO4的復(fù)合納米材料，包覆層可以是LiFeP2O7，LiAlP2O7或Li3V2(PO4)3。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬平平，夏定國，劉振剛，陳宇，胡樸，
申請(專利權(quán))人：北京中新聯(lián)科技股份有限公司，北京新華動力能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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