[發明專利]一種片狀鋰離子電池正極材料磷酸鈷鋰的制備方法

在審

• 申請號: 201810044441.X
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108448111A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 章冬云;喬金;杜立春;常程康;周江;王乃占;王蒙蒙;董建;肖英俊;朱輝
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明提供了一種片狀鋰離子電池正極材料磷酸鈷鋰的制備方法，將硫酸鈷溶于去離子水中，加入乙二醇，然后將磷酸加到制備好的硫酸鈷溶液中，將氫氧化鋰溶于去離子水中，然后加到硫酸鈷和磷酸混合的溶液中，最后將蔗糖加入上述混合液中，攪拌后，將混合均勻的乳濁液轉移到高壓反應釜中，控制溫度為180~220℃，反應4~24h后，過濾洗滌后，干燥一夜后，即得到了具有b軸取向的片狀結構、高比容量的鋰離子電池正極材料磷酸鈷鋰。本發明首次通過添加有機溶劑和蔗糖來共同實現形貌的控制和鈷元素的價態穩定，進而尋求最優磷酸鈷鋰的合成條件。本發明通過有機溶劑控制形貌的合成，蔗糖作為相對廉價的還原劑有效避免鈷元素價態的升高。

技術領域

本發明屬于化工領域，涉及一種鋰離子電池正極材料，具體來說是一種片狀鋰離子電池正極材料磷酸鈷鋰的制備方法。

背景技術

隨著社會的不斷發展，世界能源消耗呈正增長趨勢，礦物燃料的燃燒對生態環境造成嚴重污染，甚至危及到人類的生存。就目前來看，人們已提出和發明了多種儲能技術來滿足各個領域的不同需求。現有能量儲存技術主要有物理式儲能、化學式儲能、電磁式儲能和相變式儲能等幾大類。其中化學式儲能分為鈉硫電池、全釩液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池等。這幾種化學式儲能方式相比較而言，鋰離子電池具備能量密度相對高、電壓平臺高、對環境友好等優點，因此被稱為綠色電池。

近十幾年來，中國的鋰離子電池產業市場發展十分迅猛，基本形成了比較完善的產業鏈條，同時在國際鋰離子電池材料的選配及研發領域占有重要的地位。同時鋰離子電池具有大容量存儲和高效率的充放電功能特點為其成為新能源汽車和其他新能源產品儲能系統的首選產品。其中橄欖石結構的磷酸鹽由于其獨特的循環穩定性得到了廣泛的應用，磷酸鈷鋰由于其電壓平臺高能量密度大，成為了更有潛力的磷酸鹽鋰離子正極材料。

目前，磷酸鈷鋰的制備方法有很多，其中有高溫固相法，低溫固相法，水熱法，以及水熱-溶劑熱法等。

高溫固相法的合成在工業生產中十分常見，通過對原料研磨以及煅燒，得到成品。Natalia N.Bramnik等人采用CoO、Li₂CO₃和(NH₄)₂HPO₄三種原料按LiCoPO₄的化學計量數之比混合均勻，并且在混合均勻的反應物中加入5wt％的炭黑，再加入適量丙酮作為分散劑，研磨，壓片，然后在500℃N₂氛圍下煅燒12h，產物研磨、制片后，再在600℃熱處理24h，得到純相LiCoPO₄,在1/6C的倍率下首次放電比容量為102mAh/g。

低溫固相法是一種在室溫下得到前驅體，煅燒得到電極材料成品，其優點在于操作簡單、成本低、所需的材料價格低廉易獲取、煅燒溫度相對較低、時間也相對較短。宋寶玲等人曾用低溫固相法合成了LiCoPO₄。先把LiOH·H₂O和過量的濃磷酸攪拌混合并蒸干，生成LiH₂PO₄·H₂O前驅體，再將前驅體分三次加入到混合均勻的CoCl₂·6H₂O、PEG-400、MnSO₄·H₂O混合物中，研磨，清洗烘干，再在600℃下熱處理2h，得到LiCoPO₄產物，經過XRD分析為純相，粒徑基本為0.5～1μm。