一种锂电池高性能电极材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电极材料制作技术领域，具体涉及一种锂电池高性能电极材料的制作方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是以2种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池的正极和负极的2次电池体系。充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，经过电解质后插入到负极材料的晶格中，使得负极富锂，正极贫锂；放电时锂离子从负极材料的晶格中脱出，经过电解质后插入到正极材料的晶格中，使得正极富锂，负极贫锂。这样正负极材料在插入及脱出锂离子时相对于金属锂的电位的差值，就是电池的工作电压。
[0003]锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一。锂离子电池具有以下特点:高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。能源和环境问题的日益恶化，促使人们加快了对新能源的开发进程，作为解决能源问题的手段之一，锂离子电池的发展如火如荼，已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。电极材料是锂离子电池的关键部分，因此电极材料的发展程度将制约影响锂离子电池的发展。
[0004]电极材料是研究关键，碳材料长期以来一直作为研究热点。从理论上讲，比电容随着碳材料比面积增加而增大。虽然超级活性碳有巨大的比表面积，但在电解液中，电容器性能却不理想。这是因为活性碳的孔径过于窄小和曲折，影响了电解质离子在孔道内的扩散。另外，活性碳表面官能团数量有限，直接影响了电解液的浸润性能。
[0005]传统的锂离子电池正极材料为层状过渡金属氧化物LiCo02，负极材料为各类碳材料，其加工性能和电化学性能均相对成熟。但钴酸锂的成本较高，而石墨负极材料存在安全隐患，不适合于快速充放电。具有层状结构的镍系多元材料因为成本低和容量高的优势，迅速引起研究者的注意，而尖晶石型钛酸锂负极材料因为具有高的倍率性能和安全性被认为是下一代负极材料。镍系多元材料，特别是高镍含量材料和钛酸锂负极材料都存在加工性能差的问题，应用过程中浆料容易结胶，电池容易出现气胀问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了避免上述现在技术所存在的不足之处，提供了一种锂电池高性能电极材料的制作方法。
[0007]本发明采取的技术方案为:
一种锂电池高性能电极材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)多元素前躯体:按锂、铁、磷元素的摩尔比4:1:1-3，将氯化锂、氯化亚铁、磷源化合物均匀混合得到混合物，添加混合物质量的0.02-0.03%的硼酸和0.06-0.08%有机碳源，得到表面包覆碳层的前躯体；
(2)制造孔剂溶胶:将乙醇置于容器中，开启恒温装置，设定温度为50°C，控制转速50-60rpm，持续搅拌10_15min，将制得的多元素前躯体溶于乙醇中溶解形成溶胶，并加入氨水，调节pH=4-5 ；
(3)碳化:上述溶胶蒸发水分后通入氩气，控制气体流量0.05-0.08L/min,以5°C /min升温速度升至800-900°C，碳化时间5-6h ；
(4)洗涤制电极材料:用盐酸或硫酸中洗涤，在70°C条件下恒温蒸发有机溶剂，放于烘箱中烘干，然后过筛分级，得到碳的质量百分含量为20%的电极复合材料。
[0008]上述的步骤(I)中的磷源化合物为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸、磷酸铵中的任意一种。
[0009]上述的步骤(I)中的有机碳源为葡萄糖和柠檬酸按照重量比3:2组成的混合物。
[0010]上述的步骤(2)中的多元素前躯体与乙醇的质量比为1: 3。
[0011]本发明的有益效果为:
本发明所使用的原材料价格相对廉价，硼酸的加入使得电极材料比电容提高，可重复性好，改善了磷酸铁锂材料中碳包覆层的均匀性，保证电导率的同时降低了碳量，提高磷酸铁锂材料中碳利用率，减小材料比表面积，提高材料的加工性能，方法简单，电极有较长的循环使用寿命，易于工业化。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
一种锂电池高性能电极材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)多元素前躯体:按锂、铁、磷元素的摩尔比4:1:1，将氯化锂、氯化亚铁、磷源化合物为磷酸二氢铵均匀混合得到混合物，添加混合物质量的0.02%的硼酸和0.06%葡萄糖和柠檬酸按照重量比3:2组成的有机碳源，得到表面包覆碳层的前躯体；
(2)制造孔剂溶胶:将乙醇置于容器中，开启恒温装置，设定温度为50°C，控制转速50rpm，持续搅拌15min，将制得的多元素前躯体与乙醇按照质量比为1: 3溶于乙醇中溶解形成溶胶，并加入氨水，调节pH=4-5 ；
(3)碳化:上述溶胶蒸发水分后通入氩气，控制气体流量0.05L/min,以5°C /min升温速度升至800°C，碳化时间6h ；
(4)洗涤制电极材料:用盐酸或硫酸中洗涤，在70°C条件下恒温蒸发有机溶剂，放于烘箱中烘干，然后过筛分级，得到碳的质量百分含量为20%的电极复合材料。
[0013]实施例2
一种锂电池高性能电极材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤:
Cl)多元素前躯体:按锂、铁、磷元素的摩尔比4:1: 3，将氯化锂、氯化亚铁、磷源化合物为磷酸氢二铵均匀混合得到混合物，添加混合物质量的0.03%的硼酸和0.08%葡萄糖和柠檬酸按照重量比3:2组成的有机碳源，得到表面包覆碳层的前躯体；
(2)制造孔剂溶胶:将乙醇置于容器中，开启恒温装置，设定温度为50°C，控制转速60rpm，持续搅拌lOmin，将制得的多元素前躯体与乙醇按照质量比为1: 3溶于乙醇中溶解形成溶胶，并加入氨水，调节pH=4-5 ；
(3)碳化:上述溶胶蒸发水分后通入氩气，控制气体流量0.08L/min，以5°C/min升温速度升至900°C，碳化时间5h ； (4)洗涤制电极材料:用盐酸或硫酸中洗涤，在70°C条件下恒温蒸发有机溶剂，放于烘箱中烘干，然后过筛分级，得到碳的质量百分含量为20%的电极复合材料。
【主权项】
1.一种锂电池高性能电极材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)多元素前躯体:按锂、铁、磷元素的摩尔比4:1:1-3，将氯化锂、氯化亚铁、磷源化合物均匀混合得到混合物，添加混合物质量的0.02-0.03%的硼酸和0.06-0.08%有机碳源，得到表面包覆碳层的前躯体； (2)制造孔剂溶胶:将乙醇置于容器中，开启恒温装置，设定温度为50°C，控制转速50-60rpm，持续搅拌10_15min，将制得的多元素前躯体溶于乙醇中溶解形成溶胶，并加入氨水，调节pH=4-5 ； (3)碳化:上述溶胶蒸发水分后通入氩气，控制气体流量0.05-0.08L/min,以5°C /min升温速度升至800-900°C，碳化时间5-6h ； (4)洗涤制电极材料:用盐酸或硫酸中洗涤，在70°C条件下恒温蒸发有机溶剂，放于烘箱中烘干，然后过筛分级，得到碳的质量百分含量为20%的电极复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池高性能电极材料的制作方法，其特征在于，所述的步骤(I)中的磷源化合物为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸、磷酸铵中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池高性能电极材料的制作方法，其特征在于，所述的步骤(I)中的有机碳源为葡萄糖和柠檬酸按照重量比3:2组成的混合物。
4.其特征在于，所述的步骤(2)中的多元素前躯体与乙醇的质量比为1: 3。
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池高性能电极材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）多元素前躯体；（2）制造孔剂溶胶；（3）碳化；（4）洗涤制电极材料。本发明所使用的原材料价格相对廉价，硼酸的加入使得电极材料比电容提高，可重复性好，改善了磷酸铁锂材料中碳包覆层的均匀性，保证电导率的同时降低了碳量，提高磷酸铁锂材料中碳利用率，减小材料比表面积，提高材料的加工性能，方法简单，电极有较长的循环使用寿命，易于工业化。
【IPC分类】H01M4-1397, H01M4-58, H01M4-62
【公开号】CN104733727
【申请号】CN201310718544
【发明人】于桂菊
【申请人】于桂菊
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月24日