CN108110238A - 一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法 - Google Patents

一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108110238A
CN108110238A CN201711346793.2A CN201711346793A CN108110238A CN 108110238 A CN108110238 A CN 108110238A CN 201711346793 A CN201711346793 A CN 201711346793A CN 108110238 A CN108110238 A CN 108110238A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
positive electrode
ion batteries
lithium ion
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201711346793.2A
Other languages
English (en)
Inventor
谷亚男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DALIAN ZINTELLIGENCE TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
DALIAN ZINTELLIGENCE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DALIAN ZINTELLIGENCE TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical DALIAN ZINTELLIGENCE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201711346793.2A priority Critical patent/CN108110238A/zh
Publication of CN108110238A publication Critical patent/CN108110238A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、按化学计量比称取碳酸锂、磷酸铁、碳源，装入球磨罐中，加入适量的无水乙醇(AR)，球料质量比为3∶1，浆料固含量为40‑50％，在球磨机以400‑500r/min的转速球磨5‑7h，80‑90℃下烘干，得到前驱体；步骤2、将研磨后的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，升温至500℃保温5h，再720℃保温10h，合成出碳包覆磷酸铁锂正极材料。该方法以磷酸铁为铁源和磷源、碳酸锂为锂源，分别以葡萄糖、酚醛树脂、抗坏血酸和淀粉为碳源合成碳包覆磷酸铁锂复合材料。

Description

一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电池正极材料技术，尤其涉及一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法。
背景技术
LiFePO4正极材料具有安全性能好、循环寿命长、原料来源广泛、价格低廉等优点，在电动汽车和智能电网领域有着广阔的市场前景。但是LiFePO4正极材料存在两个突出的缺点：低的锂离子迁移速率和低的电子电导率。这些缺点也是限制LiFePO4正极材料成功走向实际应用的最大障碍。因此，如何提高磷酸铁锂材料的电子和离子电导率一直是电源界的研究热点。目前研究的主要方法包括：合成形状规则、尺寸大小均一的LiFePO4纳米颗粒，通过减小磷酸铁锂材料的颗粒尺寸来缩短锂离子在其中的迁移距离，从而提高其电化学性能；在磷酸铁锂材料的合成过程中，通过导电添加剂的引入，如碳、金属纳米颗粒、导电聚合物等，在磷酸铁锂材料颗粒表面及颗粒之间形成导电网络，提高材料的导电性能；通过离子掺杂技术，提高磷酸铁锂材料的本征电导率，从而提高材料的电化学性能。
目前主流制备磷酸铁锂的方法，按铁源种类划分可分为磷酸铁、草酸亚铁和氧化铁三种。其中磷酸铁与磷酸铁锂正交晶系结构相似，体积变化小，采用磷酸铁为铁源和磷源制备磷酸铁锂，可得到较优的电化学性能。然而磷酸铁锂存在电子电导率低、锂离子扩散系数低等缺陷，阻碍了其产业化发展。改性方法大致分为金属离子掺杂、纳米化和表面包覆等三种。碳是常见的磷酸铁锂表面包覆物，而碳的来源、包覆方式、包覆量及加入方式对磷酸铁锂材料性能有较大的影响。郑国瑞等采用共沉淀法，改变柠檬酸的加入量来控制FePO4·xH2O的形貌特征和粒径大小，减少材料团聚，合成出的磷酸铁锂0.1C倍率下放电比容量达到160mAh/g。张艳敏等采用二步方法，考察蔗糖、聚乙二醇和乙炔黑对LiFePO4/C电化学性能的影响，以蔗糖为碳源制备LiFePO4/C电化学性能最好，碳含量相对较高，包覆均匀。
迄今为止，人们在磷酸铁锂材料纳米化、包覆和掺杂改性等方面做了大量研究工作，取得了很好的成果，磷酸铁锂材料已经逐渐走向实际应用。但是与市场需求相比，磷酸铁锂材料及其电池性能仍然需要进行持续的改进和提高。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前磷酸铁锂正极材料的诸多问题，提出一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法以磷酸铁为铁源和磷源、碳酸锂为锂源，分别以葡萄糖、酚醛树脂、抗坏血酸和淀粉为碳源合成碳包覆磷酸铁锂复合材料。结果表明，所得产物均为橄榄石型磷酸铁锂，以葡萄糖为碳源可得到粒度较小分布均匀的材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按化学计量比称取碳酸锂、磷酸铁、碳源，装入球磨罐中，加入适量的无水乙醇(AR)，球料质量比为3∶1，浆料固含量为40-50％，在球磨机以400-500r/min的转速球磨5-7h，80-90℃下烘干，得到前驱体；
步骤2、将研磨后的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，升温至500℃保温5h，再720℃保温10h，合成出碳包覆磷酸铁锂正极材料(LFP/C)。
进一步地，所述碳酸锂浓度≥99.5％。
进一步地，所述磷酸铁为电池级。
进一步地，所述浆料固含量为47％。
进一步地，所述磷酸铁锂成品中的碳含量在(2.5±0.1)％。
进一步地，所述碳源为葡萄糖、酚醛树脂、抗坏血酸和淀粉(AR)中的一种或多种。
本发明碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，与现有技术相比较具有以下优点：
1)以磷酸铁为铁源和磷源、碳酸锂为锂源，分别以葡萄糖、酚醛树脂、抗坏血酸和淀粉为碳源合成碳包覆磷酸铁锂复合材料。结果表明，所得产物均为橄榄石型磷酸铁锂，以葡萄糖为碳源可得到粒度较小分布均匀的材料。
2)相对于其他碳源，以葡萄糖为碳源制备的磷酸铁锂不仅有更高的放电比容量而且有更好的倍率循环性能。
3)在2.5～4.2V电压范围，0.1、0.5和1C倍率的首次放电比容量分别为 159.5、147.1和139.2mAh/g，其中1C倍率循环20次后的容量保持率为98.5％，显示出优异的电化学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按化学计量比称取碳酸锂、磷酸铁、碳源，装入球磨罐中，加入适量的无水乙醇(AR)，球料质量比为3∶1，浆料固含量为40-50％，在球磨机以400-500r/min的转速球磨5-7h，80-90℃下烘干，得到前驱体；
步骤2、将研磨后的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，升温至500℃保温5h，再720℃保温10h，合成出碳包覆磷酸铁锂正极材料(LFP/C)。
所述碳酸锂浓度≥99.5％。所述磷酸铁为电池级，所述浆料固含量为 47％，所述磷酸铁锂成品中的碳含量在(2.5±0.1)％，所述碳源为葡萄糖、酚醛树脂、抗坏血酸和淀粉(AR)中的一种或多种。
本发明碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，与现有技术相比较具有以下优点：以磷酸铁为铁源和磷源、碳酸锂为锂源，分别以葡萄糖、酚醛树脂、抗坏血酸和淀粉为碳源合成碳包覆磷酸铁锂复合材料。结果表明，所得产物均为橄榄石型磷酸铁锂，以葡萄糖为碳源可得到粒度较小分布均匀的材料。相对于其他碳源，以葡萄糖为碳源制备的磷酸铁锂不仅有更高的放电比容量而且有更好的倍率循环性能。在2.5～4.2V电压范围，0.1、0.5和1C倍率的首次放电比容量分别为159.5、147.1和139.2mAh/g，其中1C倍率循环20次后的容量保持率为98.5％，显示出优异的电化学性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按化学计量比称取碳酸锂、磷酸铁、碳源，装入球磨罐中，加入适量的无水乙醇(AR)，球料质量比为3∶1，浆料固含量为40-50％，在球磨机以400-500r/min的转速球磨5-7h，80-90℃下烘干，得到前驱体；
步骤2、将研磨后的前驱体置于管式炉中，在氮气气氛下，升温至500℃保温5h，再720℃保温10h，合成出碳包覆磷酸铁锂正极材料。
2.根据权利要求1所述碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳酸锂浓度≥99.5％。
3.根据权利要求1所述碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁为电池级。
4.根据权利要求1所述碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述浆料固含量为47％。
5.根据权利要求1所述碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂成品中的碳含量在(2.5±0.1)％。
6.根据权利要求1所述碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为葡萄糖、酚醛树脂、抗坏血酸和淀粉中的一种或多种。
CN201711346793.2A 2017-12-15 2017-12-15 一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法 Withdrawn CN108110238A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711346793.2A CN108110238A (zh) 2017-12-15 2017-12-15 一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711346793.2A CN108110238A (zh) 2017-12-15 2017-12-15 一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108110238A true CN108110238A (zh) 2018-06-01

Family

ID=62216243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711346793.2A Withdrawn CN108110238A (zh) 2017-12-15 2017-12-15 一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108110238A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109167027A (zh) * 2018-08-20 2019-01-08 合肥国轩电池材料有限公司 一种还原氧化石墨烯/碳包覆/磷酸铁锂复合材料的制备方法
CN112563472A (zh) * 2020-12-16 2021-03-26 远景动力技术(江苏)有限公司 聚合物复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN112723333A (zh) * 2020-12-11 2021-04-30 江苏锂源电池材料有限公司 一种提高磷酸铁锂低温性能和压实密度的方法
CN113651304A (zh) * 2021-08-09 2021-11-16 天津理工大学 有机碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN113697787A (zh) * 2021-07-28 2021-11-26 桂林理工大学 一种淀粉改性包覆磷酸铁制备锂离子电池正极材料的方法
CN114188519A (zh) * 2021-12-09 2022-03-15 合肥工业大学 一种纳米球状碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法及储能应用
CN115849323A (zh) * 2022-11-22 2023-03-28 株洲冶炼集团股份有限公司 一种改善碳包覆效果的高效磷酸铁锂烧结方法
CN115974035A (zh) * 2022-12-28 2023-04-18 唐山亨坤新能源材料有限公司 一种调节磷酸铁锂碳包袱的方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109167027A (zh) * 2018-08-20 2019-01-08 合肥国轩电池材料有限公司 一种还原氧化石墨烯/碳包覆/磷酸铁锂复合材料的制备方法
CN112723333A (zh) * 2020-12-11 2021-04-30 江苏锂源电池材料有限公司 一种提高磷酸铁锂低温性能和压实密度的方法
CN112563472A (zh) * 2020-12-16 2021-03-26 远景动力技术(江苏)有限公司 聚合物复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN113697787A (zh) * 2021-07-28 2021-11-26 桂林理工大学 一种淀粉改性包覆磷酸铁制备锂离子电池正极材料的方法
CN113651304A (zh) * 2021-08-09 2021-11-16 天津理工大学 有机碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN113651304B (zh) * 2021-08-09 2023-10-13 天津理工大学 有机碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN114188519A (zh) * 2021-12-09 2022-03-15 合肥工业大学 一种纳米球状碳包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法及储能应用
CN115849323A (zh) * 2022-11-22 2023-03-28 株洲冶炼集团股份有限公司 一种改善碳包覆效果的高效磷酸铁锂烧结方法
CN115974035A (zh) * 2022-12-28 2023-04-18 唐山亨坤新能源材料有限公司 一种调节磷酸铁锂碳包袱的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108110238A (zh) 一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法
CN104201323B (zh) 氧化铝包覆钴酸锂正极材料的制备方法
CN102683697B (zh) 一种石墨烯基LiFePO4/C复合材料的制备方法
CN102034971B (zh) 锂离子电池磷酸铁锂/聚并吡啶复合正极材料及其制备方法
CN102104144B (zh) 一种制备磷酸铁锂复合正极材料的方法
CN109103433B (zh) 一种氮参杂碳包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法
CN109360970B (zh) 一种锂硫一次电池正极材料及其制备方法
CN102427129A (zh) 锂离子电池复合负极材料及其制备方法、使用该材料的负极和锂离子电池
CN102074686A (zh) 锂离子电池正极材料磷酸锰锂/碳的合成方法
Wang et al. Synthesis of LiVOPO4 for cathode materials by coordination and microwave sintering
CN106602038B (zh) 一种溶胶辅助溶剂热法制备粒棒混合形貌磷酸钒锂/碳复合正极材料及其制备方法
CN105655548A (zh) 一种磷酸铁锂表面均匀碳包覆的方法
CN102583300A (zh) 一种氟、钒离子共掺杂的磷酸铁锂材料及其制备方法
CN106602044A (zh) 制备掺杂改性LiVPO4F锂离子电池正极材料的方法
CN105140481A (zh) 一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法
CN103985871A (zh) 磷酸铁锂锰电池正极材料的制备方法
CN107895778A (zh) 一种氮硫共掺杂碳表面修饰磷酸铁锂正极材料、其制备方法及用途
CN103872289B (zh) 一种球形锂离子电池正极材料LiVPO4F的制备方法
CN103050698A (zh) 一种磷酸钒铁锂正极材料及其制备方法
CN101640263A (zh) 锂离子电池复合正极材料及其制备方法
CN104393291A (zh) 一种掺杂、包覆共改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN103972506A (zh) 一种纳米片状锂离子电池负极材料磷酸氧钒的制备方法
CN104009232B (zh) 一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法
CN102593462A (zh) 一种碳包覆制备磷酸铁锂的方法
CN103000894B (zh) 一种锂电池聚阴离子磷酸亚铁锂正极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20180601

WW01 Invention patent application withdrawn after publication