一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種球形磷酸鐵鋰化合物的制備方法，特別涉及一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散 技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池以其電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應(yīng)和工作溫度范圍寬 等優(yōu)點，自問世以來被迅速普及，已廣泛應(yīng)用于手機、MP3、UPS、照相機、筆記本電腦等便攜 設(shè)備中。而隨著近年來生活水平的提高，以及世界各國對于全球環(huán)境變暖、環(huán)保節(jié)能的思 考，電動自行車正逐漸取代著傳統(tǒng)的交通工具，電動汽車的研究開發(fā)更是被各大國提上了 未來工作的日程，這對高容量、高功率的鋰離子電池提出了更大的挑戰(zhàn)。
[0003] 正極材料是鋰離子電池的一個重要組成部分，在鋰離子電池充放電過程中，不僅 要提供在正負(fù)嵌鋰化合物中往復(fù)嵌/脫所需要的鋰，而且還要擔(dān)負(fù)負(fù)極材料表面形成SEI 膜所需要的鋰，因此，如何研究開發(fā)出一種高性能的正極材料已成為現(xiàn)在制約鋰電池行業(yè) 發(fā)展的關(guān)鍵所在。
[0004] 在眾多如LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiFeP04等鋰電池的正極材料中，具有橄欖石結(jié) 構(gòu)的磷酸鐵鋰，由于其原料來源豐富、成本低、環(huán)境友好、安全性能高、比容量高、放電平臺 平穩(wěn)、熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點，成為目前世界各國研究的重點。在以往的磷酸鐵鋰 制備工藝中，如何提高其導(dǎo)電性一直是個難題，制約了其的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對上述問題，提供了一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)合成球形磷酸鐵鋰的方 法。將提高循環(huán)的金屬陽離子和改善容量的陰離子摻入到LiFePO4晶格里面，從而得到性 能優(yōu)良的球形磷酸鐵鋰。本發(fā)明的技術(shù)特點是利用高分子網(wǎng)絡(luò)劑的分散作用，在高溫的條 件下對磷酸鐵鋰顆粒的表面進(jìn)行處理，形成規(guī)則的球形顆粒。
[0006] 本發(fā)明的原理是在預(yù)燒得到的前軀體中加入摻雜陰離子添加劑、陽離子添加劑和 高分子網(wǎng)絡(luò)劑，利用在高溫條件下的高分子網(wǎng)絡(luò)劑的分散作用，對磷酸鐵鋰顆粒繼續(xù)處理， 使得加入的碳源能夠均化地分布到磷酸鐵鋰的表面，形成規(guī)則的球形顆粒。
[0007] 本發(fā)明的一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法，包括以下步驟：
[0008] 1 )、將鋰源化合物、鐵源化合物和磷源化合物于球磨機中研磨0. 1~10小時，得混 合物，在保護(hù)氣氛中將混合物于300~600°C加熱處理4~30小時得到前軀體；
[0009] 2)、將前軀體、碳源、高分子網(wǎng)絡(luò)劑、陰離子添加劑、陽離子添加劑在球磨機中混合 研磨0. 2~10小時，再在保護(hù)氣氛中于400~900°C進(jìn)行二次煅燒處理4~30小時，最后 進(jìn)行球磨破碎處理得到球形的磷酸鐵鋰產(chǎn)物。
[0010] 所述高分子網(wǎng)絡(luò)劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚乙二醇和聚丙烯酰胺中的一種 或幾種。
[0011] 所述鋰源為鋰化合物的一種或幾種，所述鐵源為鐵化合物的一種或幾種，所述磷 源為磷酸化合物的一種或幾種，所述碳源為葡萄糖、維生素C、環(huán)糊精、乙炔黑中的一種或幾 種，所述陽離子添加劑為Zn、Mg、Al、Cr、NcUNb元素中的一種或幾種，所述陰離子添加劑為 S、F元素中的一種或兩種。
[0012] 所述鋰化合物為碳酸鋰、磷酸二氫鋰；所述鐵化合物為草酸亞鐵、正磷酸鐵、氧化 鐵；所述磷酸化合物為磷酸二氫銨、磷酸二氫鋰、磷酸。
[0013] 所述加熱處理工序和二次煅燒處理工序的保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣和氫氣中的一種 或幾種。
[0014] 利用本發(fā)明的方法制備出的球形磷酸鐵鋰，具有壓實密度高、加工性能優(yōu)良、容量 高、循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點，且工藝簡單易控，適合大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0015] 實施例1 :
[0016] 將碳酸鋰、草酸亞鐵和磷酸二氫銨按照Li:Fe:P摩爾比為1:1:1進(jìn)行配料，于球磨 機中研磨2小時混合，在氮氣氣氛中將混合物于500°C加熱處理25小時得到前軀體。將前 軀體、高分子網(wǎng)絡(luò)劑聚乙烯醇PVA、氧化鋅ZnO和氟化鋰LiF按照1:0. 03:0. 01:0. 01的重量 比于球磨機中混合研磨2小時，再在保護(hù)氣氛中于800°C進(jìn)行二次煅燒處理25小時，最后進(jìn) 行球磨破碎處理得到球形的磷酸鐵鋰產(chǎn)物。
[0017] 實施例2:
[0018] 將碳酸鋰、氧化鐵和磷酸二氫鋰按照Li:Fe:P摩爾比為1:1:1進(jìn)行配料，于球磨機 中研磨2小時混合，在氮氣氣氛中將混合物于500°C加熱處理15小時得到前軀體。將前軀 體、高分子網(wǎng)絡(luò)劑聚乙二醇PEG、氧化鋁Al2O3和氟化鋰LiF按照1:0. 03:0. 01:0. 02的重量 比于球磨機中混合研磨2. 5小時，再在保護(hù)氣氛中于800°C進(jìn)行二次煅燒處理25小時，最后 進(jìn)行球磨破碎處理得到球形的磷酸鐵鋰產(chǎn)物。
[0019] 實施例3:
[0020] 將碳酸鋰、正磷酸鐵和磷酸二氫銨按照Li:Fe:P摩爾比為1: 1:1進(jìn)行配料，于球磨 機中研磨2小時混合，在氮氣氣氛中將混合物于500°C加熱處理20小時得到前軀體。將前 軀體、高分子網(wǎng)絡(luò)劑羧甲基纖維素鈉CMC、氧化鎂MgO和氟化鋰LiF按照1:0. 03:0. 02:0. 01 的重量比于球磨機中混合研磨3小時，再在保護(hù)氣氛中于800°C進(jìn)行二次煅燒處理25小時， 最后進(jìn)行球磨破碎處理得到球形的磷酸鐵鋰產(chǎn)物。
[0021] 實施例4:
[0022] 將碳酸鋰、草酸亞鐵和磷酸按照Li:Fe:P摩爾比為1:1:1進(jìn)行配料，于球磨機中研 磨3小時混合，在氮氣氣氛中將混合物于500°C加熱處理15小時得到前軀體。將前軀體、高 分子網(wǎng)絡(luò)劑聚丙烯胺PAM、氧化鉻Cr2O3和氟化鋰LiF按照1:0. 03:0. 02:0. 02的重量比于 球磨機中混合研磨4小時，再在保護(hù)氣氛中于800°C進(jìn)行二次煅燒處理20小時，最后進(jìn)行球 磨破碎處理得到球形的磷酸鐵鋰產(chǎn)物。
[0023] 實驗例：
[0024] 將實施例1~實施例4制備的球形磷酸鐵鋰與鋰離子電池負(fù)極材料人造石墨，以 偏氟乙烯為極板粘結(jié)劑，分別制成鋰離子電池的正極片與負(fù)極片，以聚丙烯微孔膜為電極 隔膜，以體積比碳酸二甲酯：碳酸二乙酯：碳酸乙烯酯=1 :1 :1的lmol/L的六氟磷酸鋰為電 解液組裝成鋰離子電池。
[0025] 表1實施例制備的鋰離子正極材料性能表
【主權(quán)項】
1. 一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 、將鋰源化合物、鐵源化合物和磷源化合物于球磨機中研磨0. 1~10小時，得混合 物，在保護(hù)氣氛中將混合物于300~600°C加熱處理4~30小時得到前軀體； 2) 、將前軀體、碳源、高分子網(wǎng)絡(luò)劑、陰離子添加劑、陽離子添加劑在球磨機中混合研磨 0. 2~10小時，再在保護(hù)氣氛中于400~900°C進(jìn)行二次煅燒處理4~30小時，最后進(jìn)行 球磨破碎處理得到球形的磷酸鐵鋰產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法，其特征 在于：所述高分子網(wǎng)絡(luò)劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚乙二醇和聚丙烯酰胺中的一種或幾 種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法，其特征 在于：所述鋰源為鋰化合物的一種或幾種，所述鐵源為鐵化合物的一種或幾種，所述磷源為 磷酸化合物的一種或幾種，所述碳源為葡萄糖、維生素c、環(huán)糊精、乙炔黑中的一種或幾種， 所述陽離子添加劑為211、1%31、&^(1、他元素中的一種或幾種，所述陰離子添加劑為5、？ 元素中的一種或兩種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法，其特征 在于：所述鋰化合物為碳酸鋰、磷酸二氫鋰；所述鐵化合物為草酸亞鐵、正磷酸鐵、氧化鐵； 所述磷酸化合物為正磷酸鐵、磷酸二氫銨、磷酸二氫鋰、磷酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法，其特征 在于：所述加熱處理工序和二次煅燒處理工序的保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣和氫氣中的一種或 幾種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分子網(wǎng)絡(luò)分散技術(shù)制備球形磷酸鐵鋰的方法，首先將鋰源化合物、鐵源化合物和磷源化合物于球磨機中研磨后，在保護(hù)氣氛中加熱處理得到前軀體；然后將前軀體、碳源、高分子網(wǎng)絡(luò)劑、陰離子添加劑、陽離子添加劑在球磨機中混合研磨，再在保護(hù)氣氛中進(jìn)行二次煅燒處理，最后進(jìn)行球磨破碎處理得到球形的磷酸鐵鋰產(chǎn)物。利用本發(fā)明的方法制備出的球形磷酸鐵鋰，具有壓實密度高、加工性能優(yōu)良、容量高、循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點，且工藝簡單易控，適合大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
【IPC分類】H01M4-58
【公開號】CN104852045
【申請?zhí)枴緾N201410056887
【發(fā)明人】常敬杭, 程迪, 徐云軍, 尹正中, 王宗衡, 李濤, 韓紅芳
【申請人】河南科隆新能源有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年2月19日