[發(fā)明專利]納米磷酸鐵鋰正極材料的制備方法和鋰離子電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111301174.8
• 申請(qǐng)日: 2021-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114171740A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈陽(yáng);劉樂(lè)明;謝海龍;賀彩香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇濤立電子新材料有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 俞牡丹

本發(fā)明公開(kāi)了納米磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其包括以下步驟：步驟一、采用納米殼聚糖球制備空心納米碳球；步驟二、將空心納米碳球分散于水中制得懸浮液，將鋰鹽、磷鹽、鐵鹽溶解于水中制得反應(yīng)液，將反應(yīng)液加入懸浮液中，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行磷酸鐵鋰的水熱合成，得磷酸鐵鋰前驅(qū)體；步驟三、將磷酸鐵鋰前驅(qū)體進(jìn)行焙燒處理即得。本發(fā)明通過(guò)在空心納米碳球上原位合成磷酸鐵鋰，得到了電導(dǎo)率高且振實(shí)密度較高的磷酸鐵鋰正極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種納米磷酸鐵鋰正極材料的制備方法和鋰離子電池。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰電池的正極材料為磷酸鐵鋰，與其他鋰電池的正極材料如鈷酸鋰、錳酸鋰等相比，磷酸鐵鋰材料具有安全性能好、循環(huán)性能優(yōu)異、環(huán)境友好、原料成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，磷酸鐵鋰電池在眾多行業(yè)中均有廣泛的應(yīng)用。

然而，磷酸鐵鋰材料在具有諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在自身缺點(diǎn)：(1)電導(dǎo)率較低，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)較小，從而嚴(yán)重影響鋰電池的電化學(xué)性能；(2)振實(shí)密度較低，導(dǎo)致電池的能量密度較低；現(xiàn)有技術(shù)中為了提高電導(dǎo)率會(huì)在磷酸鐵鋰外表面包覆一層碳，由于碳的振實(shí)密度較小，包覆碳后的磷酸鐵鋰材料的振實(shí)密度變得更小，且僅在表面附著一層碳，不能夠改善正極材料的內(nèi)部的導(dǎo)電性，進(jìn)而導(dǎo)致正極材料的整體電導(dǎo)率改善較差；如何在提高磷酸鐵鋰電導(dǎo)率的同時(shí)保證振實(shí)密度是磷酸鐵鋰電池技術(shù)的主要研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種納米磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其在制備過(guò)程中引入具有良好基礎(chǔ)形貌的空心納米碳球，空心納米碳球作為碳源增加了磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性，與此同時(shí)在空心納米碳球的空腔內(nèi)原位合成納米磷酸鐵鋰，能夠很好的控制納米磷酸鐵鋰正極材料的粒徑和形貌，得到粒徑均勻的球形納米磷酸鐵鋰顆粒，進(jìn)而提高了納米磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度；本發(fā)明能夠在保證納米磷酸鐵鋰正極材料的電導(dǎo)率的基礎(chǔ)上，提高了磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其包括以下步驟：

步驟一、將納米殼聚糖球置于反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜中的氣體置換為氮?dú)猓瑢⒎磻?yīng)釜升溫至130℃，恒溫30min后，加熱至240℃，恒溫30min，然后繼續(xù)升溫至550℃，恒溫 30min后將反應(yīng)釜內(nèi)通入空氣，恒溫保持1.5h后，將反應(yīng)釜中的氣體置換為氮?dú)庾匀焕鋮s室溫后取出納米殼聚糖球，然后納米殼聚糖球浸泡于氫氟酸水溶液中，室溫下攪拌12h后取出納米殼聚糖球，然后用氫氧化鈉水溶液、水依次洗滌納米殼聚糖球3次，得空心納米碳球；

步驟二、將空心納米碳球分散于水中，超聲震蕩為懸浮液，將懸浮液置于高壓釜內(nèi)，將高壓釜內(nèi)空氣置換為氮?dú)猓粚圎}、磷鹽、鐵鹽溶解于水中，均勻混合調(diào)pH至7.5得反應(yīng)液，將反應(yīng)液加入至高壓釜內(nèi)，繼續(xù)通入氮?dú)庵粮邏焊獌?nèi)壓力為3MPa，高壓釜內(nèi)攪拌轉(zhuǎn)速調(diào)至600rpm，溫度調(diào)至120℃，攪拌下恒溫反應(yīng)2h后過(guò)濾得磷酸鐵鋰前驅(qū)體；其中，鋰鹽、磷鹽和鐵鹽的摩爾比為2:1.5:1；懸浮液中空心納米碳球的質(zhì)量濃度為8mg/mL；懸浮液與混合液的體積比為10:1；

步驟三、將磷酸鐵鋰前驅(qū)體置于管式爐中，在氮?dú)猸h(huán)境下于600℃焙燒處理6h，從管式爐中取出即得納米磷酸鐵鋰正極材料。

優(yōu)選的是，所述的納米磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，所述納米殼聚糖球的制備方法為：

步驟S1、將三乙醇胺與十六烷基三甲基對(duì)甲基苯磺酸銨混合形成A溶液；

步驟S2、將溶液A升溫至80℃，恒溫?cái)嚢?h后向溶液A中加入四乙氧基硅烷，于 80℃下恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)2h后離心收集第一沉淀物；其中，溶液A中三乙醇胺、十六烷基三甲基對(duì)甲基苯磺酸銨與四乙氧基硅烷比值為1g:5g:8mL；