CN102403502A - 增强磷酸铁锂材料导电性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种增强磷酸铁锂材料导电性的方法，涉及锂离子电池的制作，采用气相沉积和机械球磨相结合的方法将低熔点金属包裹到磷酸铁锂材料颗粒周围。由该方法改性后的磷酸铁锂材料较传统的碳包覆磷酸铁锂材料内阻降低，导电性提高明显，且振实密度提升，用作锂离子电池正极材料优势明显。同时本发明的方法实施简单，效果好，利于应用和推广。

Description

增强磷酸铁锂材料导电性的方法
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池正极材料磷酸铁锂材料的表面修饰与改性，具体讲是一种增强磷酸铁锂材料导电性的方法。
背景技术
磷酸铁锂正极材料比容量高、循环性能好，与目前锂离子电池广泛采用的钴酸锂正极材料相比具有安全性好、环境友好和资源储备充足等优势，在锂离子电池，尤其是大容量电源领域，具有非常好的应用前景。
然而，磷酸铁锂堆积密度低的缺点一直受到人们的忽视和回避，尚未得到解决，阻碍了材料的实际应用。钴酸锂的理论密度为5.1g/cm3，商品钴酸锂的振实密度一般为2.0-2.4g/cm3；而磷酸铁锂的理论密度仅为3.6g/cm3，本身就比钴酸锂要低得多。为提高导电性，人们掺入导电碳材料，又显著降低了材料的堆积密度，使得一般掺碳磷酸铁锂的振实密度只有1.0-1.2g/cm3。如此低的堆积密度使得磷酸铁锂的体积比容量比钴酸锂低很多，制成的电池体积将十分庞大，不仅毫无优势可言，而且很难应用于实际。
发明内容
本发明的目的在于克服现有磷酸铁锂材料制作中的不足之处，提供一种降低内阻，提升振实密度的增强磷酸锂材料导电性的方法。
本发明的操作步骤是：
1、首先，将电池级碳酸锂和分析纯草酸亚铁以及磷酸二氢铵按物质的量比1.05:2:2置于搅拌球磨机中，加入50%的酒精溶液湿法球磨12小时；后在真空干燥箱中120℃，真空干燥24小时；后取出粉碎，在高纯氮气保护下置于管式炉中750℃加热15小时，随炉冷却到45℃以下，取出，粉碎后得到磷酸铁锂材料，留用。
2、将步骤1中所制取的磷酸铁锂材料置于密闭的立式搅拌球磨机中，装入氧化锆磨球，通入高纯氮气或氩气或两种混合气体保护。取铟、锡、锌中的一种金属，置于气相沉积装置中的挥发室中，加热温度设置为比金属熔点高150-300℃，出气量设置为0.5L/min，载气选用高纯氮气或氩气或两种混合气体。出气口置于搅拌球磨机中，正对球磨反应的界面。打开搅拌球磨机，持续通这种含有金属蒸汽的载气30-1800分钟。停止球磨，停止通金属蒸汽，待冷却到室温后，停止通保护气体，过筛，将磷酸铁锂材料和磨球分开，即得到包覆金属0.005-0.3%的最终成品材料。
本发明的优点：
1、金属的导电性约为碳材料的数千倍，只需要极少量的金属包覆就可以得到比同样含量碳包覆好得多的效果。例如：0.1%的铟包覆的磷酸铁锂材料导电性优于6%碳包覆的磷酸铁锂材料。且包覆金属的磷酸铁锂材料比包覆碳的振实密度提高显著，电化学性能和电池加工性能更好。
2、利用气相沉积和机械球磨相结合的方法在磷酸铁锂材料表面包覆低熔点金属，实施简单，效果好。
具体实施方式
实施例1.
1、称73.88g的碳酸锂、287.72g的草酸亚铁（无结晶水）、228.04g的磷酸二氢铵，加入1kg的50%酒精溶液，置于搅拌球磨机中球磨12小时；后在真空干燥箱中120℃，真空干燥24小时；后取出粉碎，在高纯氮气保护下置于管式炉中750℃加热15小时，随炉冷却到45℃以下，取出，粉碎后得到磷酸铁锂材料，留用。
2、将步骤1中所制取的磷酸铁锂材料置于密闭的立式搅拌球磨机中，装入氧化锆磨球，通入高纯氮气或氩气或两种混合气体保护。取铟10g，置于气相沉积装置中的挥发室中，加热温度设置306℃，出气量设置为0.5L/min，载气选用高纯氩气。出气口置于搅拌球磨机中，正对球磨反应的界面。打开搅拌球磨机，持续通这种含有金属蒸汽的载气30分钟。停止球磨，停止通金属蒸汽，待冷却到室温后，停止通保护气体，过筛，将磷酸铁锂材料和磨球分开，即得到包覆金属最终成品材料，经元素分析，铟含量为0.0065%。
用固体电导率测试仪测试包覆前后的磷酸铁锂材料，包覆后电阻率明显降低，振实密度略微上升。
  电阻率 振实密度
包覆前 6.77×109  Ω·cm 1.18 g/cm3
包覆后 2.85×108  Ω·cm 1.19 g/cm3
实施例2.
1、称73.88g的碳酸锂、287.72g的草酸亚铁（无结晶水）、228.04g的磷酸二氢铵，加入1kg的50%酒精溶液，置于搅拌球磨机中球磨12小时；后在真空干燥箱中120℃，真空干燥24小时；后取出粉碎，在高纯氮气保护下置于管式炉中750℃加热15小时，随炉冷却到45℃以下，取出，粉碎后得到磷酸铁锂材料，留用。
2、将步骤1中所制取的磷酸铁锂材料置于密闭的立式搅拌球磨机中，装入氧化锆磨球，通入高纯氮气或氩气或两种混合气体保护。取锡15g，置于气相沉积装置中的挥发室中，加热温度设置482℃，出气量设置为0.5L/min，载气选用高纯氩气。出气口置于搅拌球磨机中，正对球磨反应的界面。打开搅拌球磨机，持续通这种含有金属蒸汽的载气1000分钟。停止球磨，停止通金属蒸汽，待冷却到室温后，停止通保护气体，过筛，将磷酸铁锂材料和磨球分开，即得到包覆金属最终成品材料，经元素分析，锡含量为0.1%。
用固体电导率测试仪测试包覆前后的磷酸铁锂材料，包覆后电阻率明显降低，振实密度略微上升。
  电阻率 振实密度
包覆前 6.77×109  Ω·cm 1.18 g/cm3
包覆后 6.46×106  Ω·cm 1.21 g/cm3
实施例3.
1、称73.88g的碳酸锂、287.72g的草酸亚铁（无结晶水）、228.04g的磷酸二氢铵，加入1kg的50%酒精溶液，置于搅拌球磨机中球磨12小时；后在真空干燥箱中120℃，真空干燥24小时；后取出粉碎，在高纯氮气保护下置于管式炉中750℃加热15小时，随炉冷却到45℃以下，取出，粉碎后得到磷酸铁锂材料，留用。
2、将步骤1中所制取的磷酸铁锂材料置于密闭的立式搅拌球磨机中，装入氧化锆磨球，通入高纯氮气或氩气或两种混合气体保护。取锌15g，置于气相沉积装置中的挥发室中，加热温度设置719℃，出气量设置为0.5L/min，载气选用高纯氩气。出气口置于搅拌球磨机中，正对球磨反应的界面。打开搅拌球磨机，持续通这种含有金属蒸汽的载气1800分钟。停止球磨，停止通金属蒸汽，待冷却到室温后，停止通保护气体，过筛，将磷酸铁锂材料和磨球分开，即得到包覆金属最终成品材料，经元素分析，锌含量为0.3%。
用固体电导率测试仪测试包覆前后的磷酸铁锂材料，包覆后电阻率明显降低，振实密度略微上升。
  电阻率 振实密度
包覆前 6.77×109  Ω·cm 1.18 g/cm3
包覆后 6.46×104  Ω·cm 1.31 g/cm3
对比例：
1、称73.88g的碳酸锂、287.72g的草酸亚铁（无结晶水）、228.04g的磷酸二氢铵，加入1kg的50%酒精溶液，置于搅拌球磨机中球磨12小时；后在真空干燥箱中120℃，真空干燥24小时；后取出粉碎，在高纯氮气保护下置于管式炉中750℃加热15小时，随炉冷却到45℃以下，取出，粉碎后得到磷酸铁锂材料，留用。
2、称1中的磷酸铁锂材料材料300g，加入19g的乙炔黑，置于搅拌球磨机种球磨（高纯氮气保护）1800分钟，停止球磨，待冷却到室温后，停止通保护气体，过筛，将磷酸铁锂材料和磨球分开，即得到包覆乙炔黑的最终成品材料，经元素分析，碳含量为5.2%。
用固体电导率测试仪测试包覆前后的磷酸铁锂材料，对比例中，包覆量大包覆后电阻率明显降低但振实密度略微下降。 
Figure 858544DEST_PATH_IMAGE001

Claims (4)

1.一种增强磷酸铁锂材料导电性的方法，其特征是采用气相沉积和机械球磨相结合的方法，实现磷酸铁锂材料颗粒表面的金属包覆，操作如下：
（1）首先按常规工艺制备磷酸铁锂材料；
（2）将磷酸铁锂材料置于密闭的球磨机中，装入氧化锆磨球，通入保护气体，取低熔点金属置于气相沉积装置中的挥发室中，加热温度比金属熔点高150～300℃，以保护气体为载气，将含有金属蒸汽的载气以0.4～0.6L/min的出气量通入运转的球磨机中，通气30～1800分钟后停止通载气，停止球磨，冷却至室温后，停止通保护气体；
（3）从球磨机中取出混合物，过筛，将磷酸铁锂材料和磨球分开，即得到包覆金属达0.005%～0.3%的最终成品材料。
2.按权利要求1所述的增强磷酸铁锂材料导电性的方法，其特征是所述保护气体和载气为高纯氮气或氩气或两种混合气体。
3.按权利要求1所述的增强磷酸铁锂材料导电性的方法，其特征是所述低熔点金属为镓、铟、锡、锌中的一种。
4. 按权利要求1所述的增强磷酸铁锂材料导电性的方法，其特征是所述球磨机为立式搅拌球磨机，气相沉积装置与球磨机之间通过保温密封管道连接，管道出口轴线与球磨机搅拌轴平行，出口正对球磨反应界面。
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