锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂及其制备方法和锂离子电池的制作方法_3

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护下,以2°C /min的升温速度从室温升温到1800°C焙烧10h,自然冷却至室温后,以气流粉碎机粉碎至纳米级或亚微米级,得到TiC待用。
[0084]二、称取磷酸二氢锂120.8g、氧化铁90.3g、乙酸镁0.0105g、乙酸锰0.0073g、五氧化二铌0.0016g、氧化银0.0017g,掺杂物为原料质量的0.01%,边搅拌边加入掺杂物与原料质量之和0.5倍的乙醇中,被磨料与球磨介质的质量比为1:3,使用行星式球磨机在200rpm转速下球磨1h至纳米级或亚微米级,得到球磨楽料。球磨介质为Φ5ι?πι的不锈钢球,在此步骤中,同时加入TiC,对掺杂的磷酸铁锂进行包覆,加入的TiC质量为掺杂物与原料质量之和的0.1%。
[0085]三、球磨浆料在转速为lOOrpm,温度为280°C的条件下烘干后自然冷却至室温,得到干燥物。
[0086]四、将干燥物用行星式球磨机以氧化锆球为球磨介质在10rpm转速下球磨1h得到前躯体。
[0087]五、前驱体在流量为0.4m3/h.M3的氮气保护下于管式炉中,从室温以2°C的升温速度升温到300°C,预烧6h,然后以2°C的升温速度升温到700°C,恒温10h,自然冷却至室温。
[0088]六、用行星式球磨机在200rpm转速下球磨3h,至粒度为0.2?40 μπι。
[0089]七、用振实机进行振实处理,得到锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂。
[0090]实施例1制得的锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂(材料)过200目筛后,做XRD测试、扫描电镜分析、物理性能测试和电化学性能测试。如图1所示,制备得到的材料X射线衍射峰与磷酸铁锂的标准特征峰一致,均具有规整的橄榄石型结构,未出现杂相衍射峰。并且峰型窄而尖锐,衍射峰强度高,说明包覆制备的磷酸铁锂结晶度较高。如图2所示,材料的微观形貌为不规则形状,且颗粒表面可以看到明显的包覆层。材料粒度为d50 =18.8 μπι,比表面积为25.134m2/g,振实密度为1.47g/cm3。测试模拟电池的电化学性能,分别以0.12C和1.2C的充放电电流密度充放电,充放电电压为2.5-3.9V,在3.9V时恒压充至截止电流为0.0lmA和0.03mA。如图3所示,材料的0.12C首次放电容量为156.2mAh/g,首次效率为96.3%,如图4所示,材料的1.2C首次放电容量为132.5mAh/g,首次效率为88.
[0091]实施例2
[0092]一、TiC制备,将纯度为98.5%,粒度< I μπι的Ti和C粉按物质的量比例I:1混合,在卧式滚筒球磨机中,按混合物与乙醇的质量比为1:4,混合物与不锈钢磨介的质量比为1:3,以300rpm转速球磨10h,在进口温度220°C,出口温度120°C条件下喷雾干燥,在260MPa压力下,等静压成型,保压5min压制成直径20mm、高10mm的圆柱形还体,在流量为
0.4m3/h.M3氮气气氛保护下,以5°C /min的升温速度从室温升温到2000°C焙烧8h,自然冷却至室温后,以行星式球磨机粉碎至纳米级或亚微米级,得到TiC待用。
[0093]二、称取磷酸二氢锂125g、草酸亚铁180.lg、氧化镁3.2g、氧化招3.05g、氧化铜
1.35g、氧化镧0.4g,掺杂物为原料质量的2.62%,边搅拌边加入掺杂物与原料质量之和5倍的纯水中,被磨料与球磨介质的质量比为1:3,使用行星式球磨机在10rpm转速下球磨36h至纳米级或亚微米级,得到球磨楽料。球磨介质为C>5mm的不锈钢球。
[0094]三、球磨浆料在喷雾干燥进口温度220°C,出口温度120°C。后自然冷却至室温,得到干燥物。
[0095]四、将干燥物用卧式滚筒球磨机以氧化锆球为球磨介质在10rpm转速下球磨1h得到前躯体。
[0096]五、前驱体在流量为0.6m3/h.M3的氮气保护下于箱式炉中,从室温以3°C的升温速度升温到200°C,预烧12h,然后以3°C的升温速度升温到500°C,恒温36h,自然冷却至室温。
[0097]六、用行星式球磨机在10rpm转速下球磨10h,至粒度为0.2?40 μπι。
[0098]七、加入质量为掺杂物与原料质量之和1%的TiC,用振实机进行机械振实处理,得到锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂。
[0099]实施例2制得的材料粒度d50 = 38.9 μπι,比表面积为48.32m2/g,振实密度为1.49g/cm3。测得材料0.12C放电首次容量为154.86mAh/g,首次效率为97.3%,1.2C放电首次容量为135.1mAh/g,首次效率为89.5%。
[0100]实施例3
[0101]一、TiC制备,将纯度为99.0%,粒度< I μπι的Ti和C粉按物质的量比例1:1混合,在搅拌式球磨机中,按混合物与丙酮的质量比为1:5,混合物与刚玉磨介的质量比为1:4,以300rpm转速球磨10h,在转速为400rpm,温度为350°C的条件下烘干后自然冷却至室温,在280MPa压力下,等静压成型,保压4min,压制成直径20mm、高10mm的圆柱形还体,在流量为0.6m3/h.M3二氧化碳气氛保护下,以5°C /min的升温速度从室温升温到2000 °C焙烧8h,自然冷却至室温后,以卧式球磨机粉碎至纳米级或亚微米级,得到TiC待用。
[0102]二、称取磷酸二氢锂125g、四氧化三铁91.5g、氧化镁4.12g、五氧化二银0.85g、氧化银1.25g、乙酸锰5.3g,掺杂物为原料质量的5.32%,同时加入质量为掺杂物与原料质量之和5 %的TiC,边搅拌边加入掺杂物与原料质量之和3倍的纯水与乙醇混合分散剂(体积比50:50)中,被磨料与球磨介质的质量比为1:4,使用行星式球磨机在200rpm转速下球磨20h至纳米级或亚微米级,得到球磨楽料。球磨介质为C>5mm的玛瑙。
[0103]三、球磨浆料在转速为200rpm,温度为210°C的条件下烘干后自然冷却至室温,得到干燥物。
[0104]四、将干燥物用行星式球磨机以氧化锆为球磨介质在200rpm转速下球磨6h得到前躯体。
[0105]五、前驱体在流量为0.6m3/h.M3的氩气保护下于回转炉中,从室温以4°C的升温速度升温到400°C,预烧2h,然后以4°C的升温速度升温到800°C,恒温8h,自然冷却至室温。
[0106]六、用行星式球磨机在400rpm转速下球磨lh,至粒度为0.2?40 μπι。
[0107]七、用振实机进行振实处理,得到锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂。
[0108]实施例3制得的料粒度d50 = 0.53 μ m,比表面积为2.520m2/g,振实密度为1.54g/cm3。测得材料0.12C放电首次容量为157.0mAh/g,首次效率为97.8%,1.2C放电首次容量为130.4mAh/g,首次效率为89.4%。
[0109]实施例4
[0110]一、TiC制备,将纯度为99.5%,粒度< Iym的Ti和C粉按物质的量比例1:1混合,在行星式球磨机中,按混合物与乙醇和纯水的混合物的质量比为1:6,混合物与氧化锆磨介的质量比为1:4,以200rpm转速球磨15h,在进风温度为350°C条件下闪蒸烘干,在300MPa压力下,等静压成型,保压4min,压制成直径20mm、高10mm的圆柱形还体,在流量为
0.8m3/h.M3二氧化碳气氛保护下,以10°C /min的升温速度从室温升温到2200°C焙烧5h,自然冷却至室温后,以滚筒式球磨机粉碎至纳米级或亚微米级,得到TiC待用。
[0111]二、称取磷酸二氢锂125g、草酸亚铁188g、氧化镁4.8g、氧化招3.2g、氧化铜
1.58g、氧化钕0.58g,掺杂物为原料质量的3.25%,边搅拌边加入掺杂物与原料质量之和4倍的纯水中,被磨料与球磨介质的质量比为1:4,使用行星式球磨机在300rpm转速下球磨1h至纳米级或亚微米级,得到球磨楽料。球磨介质为C>5mm的刚玉。
[0112]三、球磨浆料喷雾干燥,进口温度220°C,出口温度120°C,自然冷却至室温,得到干燥物。
[0113]四、将干燥物用卧式滚筒球磨机以刚玉球为球磨介质在300rpm转速下球磨4h得到前躯体。
[0114]五、前驱体在流量为0.8m3/h.M3的二氧化碳保护下于隧道窑中,从室温以5°C的升温速度升温到300°C,预烧9h,然后以5°C的升温速度升温到600°C,恒温15h,自然冷却至室温。
[0115]六、用卧式滚筒球磨机在10rpm转速下球磨10h,至粒度为0.2?40 μ m。
[0116]七、加入质量为掺杂物与原料质量之和10%的TiC,用振实机进行振实处理,得到锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂。
[0117]实施例4制得的材料粒度d50 = 4.14 μπι,比表面积为34.32m2/g,振实密度为
1.39g/cm30测得材料0.12C放电首次容量为158.35mAh/g,首次效率为97.9%,L 2C放电首次容量为132.4mAh/g,首次效率为90.4%。
[0118]实施例5
[0119]一、TiC制备,将纯度为99.9%,粒度< I μπι的Ti和C粉按物质的量比例1:1混合,在卧式滚筒球磨机中,按混合物与乙醇和丙酮的混合物的质量比为1:8,混合物与玛瑙磨介的质量比为1:5,以10rpm转速球磨20h,在进口温度220°C,出口温度120°C条件下喷雾干燥烘干,在320MPa压力下,等静压成型,保压3min,压制成直径20mm、高10mm的圆柱形坯体,在流量为lm3/h.M3氩气气氛保护下,以10°C /min的升温速度从室温升温到2200°C焙烧5h,自然冷却至室温后,以机械粉碎机粉碎至纳米级或亚微米级,得到TiC待用。
[0120]二、称取磷酸二氢锂124g、氢氧化铁89.0g、氧化镁4.lg、五氧化二银1.3g、氧化铜
1.lg、乙酸锰3.2g,掺杂物为原料质量的4.55%,同时加入质量为掺杂物与原料质量之和20%的TiC,边搅拌边加入掺杂物与原料质量之和2倍的纯水与乙醇混合分散剂(体积比50:50)中,被磨料与球磨介质的质量比为1:5,使用行星式球磨机在400rpm转速下球磨5h至纳米级或亚微米级,得到球磨楽料。球磨介质为Φ5ι?πι的刚玉。
[0121]三、球磨浆料在转速为400rpm,温度为200°C的条件下烘干后自然冷却至室温,得到干燥物。
[0122]四、将干燥物用行星式球磨机以不锈钢球为球磨介质在400rpm转速下球磨Ih得到前躯体。
[0123]五、前驱体在流量为0.6m3/h.M3的氩气保护下于箱式炉中,从室温以5°C的升温速度升温到360°C,预烧2.5h,然后以5°C的升温速度升温到750°C,恒温10h,自然冷却至室温。
[0124]六、用气流粉碎机粉碎至粒度为0.2?40 μ m。
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