[發(fā)明專利]一種碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電池電極材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710160484.X
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106887586B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慶;王鐳迪;曾軍堂
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇貝肯新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/139
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)策知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32322
• 代理人: 周錦全

1.一種碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電池電極材料的制備方法，其特征是以碳凝膠為基體，分兩次將鐵源、錳源、磷源、鋰源網(wǎng)絡(luò)在碳氣凝膠，形成碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電極材料，具體制備步驟包括：

（1）制備固定有磷酸錳鐵鋰的碳氣凝膠

按照設(shè)計比例稱取鐵源、錳源、鋰源、磷源和去離子水混合配置成溶液，然后在加 熱攪拌狀態(tài)下加入氨水，調(diào)整溶液至堿性，pH值為8～14，在50～90℃溫水中水浴反應(yīng)1～5小時獲得混合液A；在低溫下稱量間苯二酚、甲醛和碳酸鈉加入去離子水配成溶液B；在超聲攪拌下，將A、B按照一定比例緩慢加入到硅油中，反應(yīng)一段時間后得到懸濁液，繼續(xù)超聲攪拌反應(yīng)1～4小時，反應(yīng)溫度為20～40℃，將懸濁液離心處理后的沉積物用乙醇清洗2～3遍，沉淀物經(jīng)過干燥、碳化獲得固定有磷酸錳鐵鋰的碳氣凝膠；所述設(shè)計比例根據(jù)磷酸錳鐵鋰材料的組成通式為LiMn_xFe_1-xPO₄，其中0.6≤x≤1；

（2）磷酸錳鐵鋰前驅(qū)物制備

按照設(shè)計比例稱取鐵源、錳源、鋰源、磷源和去離子水，加入一定分散劑，經(jīng)過高能球磨混合后制得；所述設(shè)計比例根據(jù)磷酸錳鐵鋰材料的組成通式為LiMn_xFe_1-xPO₄，其中0.6≤x≤1；

（3）磷酸錳鐵鋰前驅(qū)物填充氣凝膠

將磷酸錳鐵鋰前驅(qū)物和步驟（1）中的固定有磷酸錳鐵鋰的碳氣凝膠裝入高壓反應(yīng)釜，兩者的比例為以Li：間苯二酚摩爾比計為1:0.02～0.5，加熱至30～50℃，開啟真空泵，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持在-80～-95KPa，10～30分鐘后充入惰性氣體，保壓為0.2～2MPa，升溫至120～240℃，壓力控制在2～8MPa，攪拌轉(zhuǎn)速為120～1200r/min，反應(yīng)20～120min后快速降溫，受碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的分割，反應(yīng)得到粒徑均勻的磷酸錳鐵鋰填充在碳氣凝膠的空隙中；出釜產(chǎn)物離心后，取沉淀用去離子水清洗3～5次，再醇清洗1～3次，直到混合液中離子被徹底洗去，所述醇包括甲醇、乙醇、丙醇中的一種；

（4）燒結(jié)、破碎

將第（3）步制備的產(chǎn)物置于高溫爐中，在惰性氣體保護下，500～900℃恒溫焙燒1-6小時，出爐后粉碎至5～50μm，得到碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電極材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述鐵源為乙酸鐵、硝酸鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵中的一種；所述錳源為碳酸錳、硫酸錳、氯化錳中的一種；所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰、草酸鋰中的一種；所述磷源選自磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸鐵、磷酸錳、磷酸鋰、磷酸二氫鋰中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述B溶液配制中的低溫環(huán)境是在將燒瓶放置低溫酒精槽中進行配料，減緩溶液的反應(yīng)過程；所述溶液B中間苯二酚與甲醛的摩爾比為1：1.2～2.8，所述間苯二酚與碳酸鈉的摩爾比為1:50～500，質(zhì)量百分比濃度范圍為5％～80％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述A、B的比例為，以A中Li元素與B中間苯二酚摩爾比計為1:1～3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述干燥是真空紅外干燥，干燥溫度為60～120℃獲得有機氣凝膠粉末。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的磷酸錳鐵鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述碳化是在150℃抽真空除氣，在惰性氣體保護下，以1.5℃/min～5℃/min的升溫速率升溫至400℃，保溫20min，繼續(xù)以5℃/min的速度升溫至600℃，保溫2h，繼續(xù)以5℃/min的速度升溫至800℃，保溫1h，獲得碳氣凝膠粉末；所述惰性氣體為氮氣、氦氣、二氧化碳或氬氣中的一種。