一种添加Zn的锂离子电池正极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，特别涉及一种添加Zn元素的电池正极材料，属于电池领域。
【背景技术】
[0002]随着全球能源问题变得日益紧张，寻求清洁、环保、无污染的可再生材料也成为化学电源所关注的焦点。锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应:Li+Mn02=LiMn02,该反应为氧化还原反应。锂离子电池以其比能量高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，在便携式电器和新型交通工具中得到普遍应用。
[0003]在锂离子电池的组成中，正极材料对其电化学性能、安全性能乃至未来的发展方向起着决定性作用。目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂等。其中，LiCoO2结构比较稳定，电化学性能优异，是目前已商品化比较成熟的正极材料，但是这种材料的抗过充电性能差，在较高的充电电压比容量迅速下降;磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在放电电压低(3.4V)、振实密度低等缺点都制约了自身的进一步应用，因此，开发复合正极材料成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。
[0004]本发明通过在磷酸铁锂的制备过程中，添加Zn，制备一种添加Zn的锂离子电池正极材料，弥补纯磷酸铁锂电极材料的不足。该方法改性后的电极材料的电化学性能表现优良，具有良好的应用前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种添加Zn的锂离子电池正极材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤:
⑴取适量化学纯的FeC204.2H20、Li2C03 JH4H2PO4和Zn作为原料，按照Li1-XFeZnxPO4(0.01 SXS 0.1)的原子比例配料；
⑵将配好的原料倒入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，在丙酮的保护下，用行星式球磨机进行球磨；
(3)球磨一段时间后，把合金微粉取出晾干；
⑷将晾干的粉末装入石英玻璃管中，进行真空密封；
(5)把玻璃管投入水中，检验其是否密封完全；
(6)再把玻璃管放入高温炉中，进行煅烧；
(7)将经过煅烧处理的粉末拿出，冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种添加Zn的锂离子电池正极材料。
[0006]优先地，在步骤⑴中，按照Li1-xFeZnxP04(0.02 < X ^ 0.05)的原子比例配料。
[0007]优先地，在步骤⑵中，球料比为20:1，行星式球磨机速度控制200-300 r/min运行。
[0008]优先地，在步骤⑶中，用行星式球磨机进行球磨的时间为2_5h。
[0009]优先地，在步骤(6)中，高温煅烧温度为500-800°C，时间控制在10_15h。
[0010]本发明具有下列优点和特性:
⑴改性后电极材料的电化学性能表现优良；
⑵制备工艺简单，流程短；
(3)条件控制简单，易于实现工业化。
[0011]实施例一:
取适量化学纯的FeC204_2H20、Li2C03、NH4H2P04和Zn作为原料，按照L1.ggFeZn0.tnPCk的原子比例配料，取出5g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加2g的鹿糖和10g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置200 r/min，球磨5h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的玻璃管投入水中，若没有气泡，表示密封性良好，再把玻璃管放入500°C的高温炉中进行煅烧，煅烧15h后，取出冷却即得一种添加Zn的锂离子电池正极材料。
[0012]实施例二:
取适量化学纯的FeC204_2H20、Li2C03、NH4H2P04和Zn作为原料，按照LiQ.95FeZnQ.()5P04的原子比例配料，将1g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加4g的蔗糖和200g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置300 r/min，球磨2h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的玻璃管投入水中，若没有气泡，表示密封性良好，再把玻璃管放入800°C的高温炉中进行煅烧，煅烧1h后，取出冷却即得一种添加Zn的锂离子电池正极材料。
[0013]实施例三:
取适量化学纯的FeC204_2H20、1^20)3、順411屮04和211作为原料，按照1^().!^211().1?04的原子比例配料，将20g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加5g的蔗糖和400g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置300 r/min，球磨5h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的玻璃管投入水中，若没有气泡，表示密封性良好，再把玻璃管放入800°C的高温炉中进行煅烧，煅烧15h后，取出冷却即得一种添加Zn的锂离子电池正极材料。
【主权项】
1.一种添加Zn的锂离子电池正极材料，其特征在于，该锂离子电池正极材料的制备方法按以下步骤进行: (I)取适量化学纯的FeC204.2H20、Li2C03、NH4H2P04和Zn作为原料，按照Li1-XFeZnxPO4(0.01 SXS 0.1)的原子比例配料； ⑵将配好的原料倒入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，在丙酮的保护下，用行星式球磨机进行球磨； (3)球磨一段时间后，把合金微粉取出晾干； ⑷将晾干的粉末装入石英玻璃管中，进行真空密封； (5)把玻璃管投入水中，检验其是否密封完全； (6)再把玻璃管放入高温炉中，进行煅烧； (7)将经过煅烧处理的粉末拿出，冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种添加Zn的锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种添加Zn的锂离子电池正极材料，其特征在于，在步骤⑴中，按照Li1-xFeZnxP04(0.02 <X<0.05)的原子比例配料。3.根据权利要求1所述的一种添加Zn的锂离子电池正极材料，其特征在于，在步骤⑵中，球料比为20:1，行星式球磨机速度控制200-300 r/min运行。4.根据权利要求1所述的一种添加Zn的锂离子电池正极材料，其特征在于，在步骤(3)中，用行星式球磨机进行球磨的时间为2-5h。5.根据权利要求1所述的一种添加Zn的锂离子电池正极材料，其特征在于，在步骤(6)中，高温煅烧温度为500-800°C，时间控制在10-15h。
【专利摘要】本发明公开了一种添加Zn的锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料是用FeC2O4？2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4和Zn为原料，其制备方法是，先将上述原料按一定比例混合，再与适量蔗糖和钢球一起装入球磨罐中，在丙酮的分散保护下进行球磨，球磨后将粉末晾干，并真空密封，放入高温中进行煅烧，煅烧反应后即可得一种添加Zn的锂离子电池正极材料。该制备方法条件控制简单，易于实现工业化。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/58, C01B25/45
【公开号】CN105576237
【申请号】CN201510954488
【发明人】李梦思
【申请人】李梦思
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月20日