一种电池复合材料及其前驱物的制作方法与流程

本发明涉及一种电池复合材料，具体涉及一种电池复合材料及其前驱物的制作方法。

背景技术：

1、随着科技的进步，电子产品及交通运输设备的发展对于现代生活产生巨大的便利。配合近年来环保意识成为全球重视的潮流，如何在维持生活便利之下又同时得可以达到减省能源耗费为目前产业中随之发展的目标。使得二次电池中能量储存技术受到极度的重视并快速发展。

2、其中，磷酸锂铁(lifepo4，lfp)所构成的电池材料更是最受普及运用，其具备了成本低、安全性高、环境污染低并且耐大电流充放电等优点，且原材料的价格也较为低廉，非常适合应用于如电动车需要大电流与大容量的高功率产品。然而，为了克服一般磷酸锂铁电池导电率低且杂质多的问题，进而发展了由磷、锂、铁所构成的单一化结构的纳米金属氧化物共晶体化磷酸锂铁化合物(lfp-nco)电池材料。

3、lfp-nco在制作过程中，多以铁盐(如硝酸铁或是硫酸亚铁)为原料和磷酸盐混合，并通入氮气而产出磷酸铁，并再与氢氧化锂、碳酸锂或其他含有锂原子的复合物进行反应。然而，在磷酸铁制作过程中，因为包含有如硝酸根、硫酸根等基团或是氮气的参与，往往会伴随一盐类副产物或是一杂质产生。因此便需要额外进行分离步骤才可以将该盐类副产物或是该杂质与磷酸铁分离，以避免后续锻烧时该硝酸根或硫酸根等基团产生的气体副产物而腐蚀设备，且该盐类副产物于分离后还必须以特殊程序处里。磷酸铁制作过程不仅注重反应环境的酸碱值，反应过程中产生的盐类副产物必须移除干净，否则会影响产品的质量，还必须另外处理该副产物，增加成本，也不符合当前环保制程的理念。

技术实现思路

1、为了克服上述纳米金属氧化物共晶体化磷酸锂铁化合物(lfp-nco)电池材料在制作过程中，因需要控制酸碱值和处理副产物所衍申的制程难度以及废弃物处理甚至是影响产品的质量的问题，本发明提供一种电池复合材料的制作方法，步骤包含：

2、步骤1：将可释放一磷酸根离子的一化合物与一铁粉反应，产生浆料状的一第一生成物；

3、步骤2：通过研磨干燥以及锻烧生成一前驱物，该前驱物的化学式为fepo4；

4、步骤3：将该前驱物与带有锂原子的一第一反应物以及包含碳原子的一碳源反应，形成化学式为lifepo4的一电池复合材料，其中

5、于锻烧时直接通入一空气或是一氧气。

6、其中，于步骤3时加入一金属氧化物一起反应，形成具有金属氧化物的lifepo4电池复合材料，也就是纳米金属氧化物共晶体化磷酸锂铁化合物(lfp-nco)。

7、其中，该金属氧化物为五氧化二钒(v2o5)或是氧化镁(mgo)。

8、其中，该化合物为一磷酸，且该第一生成物的化学式为a-fepo4·xh2o，其中x大于0。

9、其中，该第一反应物可以是碳酸锂(li2co3)、氢氧化锂(lioh)或含锂化合物的混合物。

10、其中，该碳源可以是醣类、有机化合物、聚合物或是高分子材料。

11、其中，该醣类可以是单醣的果糖、葡萄糖或是半乳糖，也可以双醣的麦芽糖、蔗糖或是乳糖；以及该高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，pvp)。

12、进一步地，该步骤2包含：

13、对该第一生成物进行研磨，直到该第一生成物的一平均粒子直径(d50)小于5微米(um)，

14、对该研磨后的该第一生成物进行喷雾干燥，形成一粉体；以及

15、通入该空气或是该氧气锻烧该粉体形成该前驱物。

16、进一步地，利用一转速介于每分钟450至650转(rpm)之间研磨该第一生成物；

17、通过一转盘式喷雾干燥机进行喷雾干燥，该转盘式喷雾干燥机包含：

18、一入口温度介于摄氏180度至230度之间；

19、一出口温度介于摄氏80度至100度之间；以及

20、该转盘式喷雾干燥机的转速为350赫兹；以及

21、锻烧该粉体的温度介于摄氏550度至700度之间，且一锻烧时间介于30分钟至1.5小时之间。

22、进一步地，该第一生成物的一平均粒子直径(d50)小于2微米(um)；

23、该转速为每分钟550转；

24、该入口温度介于200度至220度之间；

25、该出口温度介于85度至95度之间；以及

26、该锻烧的温度介于600度至650度之间。

27、本发明还提供了一种电池复合材料的制作方法，其通过化学式为fepo4的前驱物与带有锂原子的一第一反应物以及包含碳原子的一碳源反应，并形成化学式为lifepo4的一电池复合材料。

28、本发明进一步的提供一种电池复合材料前驱物的制作方法，步骤包含：

29、将可释放一磷酸根离子的一化合物与一铁粉反应，产生浆料状的一第一生成物；

30、通过研磨干燥以及锻烧生成一前驱物，该前驱物的化学式为fepo4。

31、本发明所提供的电池复合材料及其前驱物的制作方法，不仅工艺简单，更使得锂化合物可以不限定以氢氧化锂的情况下制备电池复合材料，降低制程ph值的敏感性以及制程难度，并大幅缩短整体制程时间。此外，通过磷酸、去离子水与铁粉反应，以及于锻烧时通入空气的技术，于磷酸溶液与铁粉充分反应的前提下，有效的降低原料成本。没有额外可能残留于成品中的元素，因此也不需要额外的步骤进行杂质分离，从原料到成品的原子利用率极高，也不会有废料处理的问题衍生，符合现今讲求环保永续制造的趋势。

技术特征：

1.一种电池复合材料制作方法，其特征在于，步骤包含：

2.如权利要求1所述电池复合材料制作方法，其特征在于，于步骤3时加入一金属氧化物一起反应，形成具有金属氧化物的lifepo4电池复合材料，也就是纳米金属氧化物共晶体化磷酸锂铁化合物(lfp-nco)。

3.如权利要求2所述电池复合材料制作方法，其特征在于，该金属氧化物为五氧化二钒(v2o5)或是氧化镁(mgo)。

4.如权利要求1或2所述电池复合材料制作方法，其特征在于，该化合物为一磷酸，且该第一生成物的化学式为a-fepo4·xh2o，其中x大于0；

5.如权利要求4所述电池复合材料制作方法，其特征在于，该醣类可以是单醣的果糖、葡萄糖或是半乳糖，也可以双醣的麦芽糖、蔗糖或是乳糖；以及该高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，pvp)。

6.如权利要求1所述电池复合材料制作方法，其特征在于，该步骤2包含：

7.如权利要求5所述电池复合材料制作方法，其特征在于，利用一转速介于每分钟450至650转(rpm)之间研磨该第一生成物；

8.如权利要求6所述电池复合材料制作方法，其特征在于，该第一生成物的一平均粒子直径(d50)小于2微米(um)；

9.一种电池复合材料的制作方法，其特征在于，通过化学式为fepo4的前驱物与带有锂原子的一第一反应物以及包含碳原子的一碳源反应，并形成化学式为lifepo4的一电池复合材料。

10.一种电池复合材料前驱物的制作方法，其特征在于，步骤包含：

技术总结
本发明提供了一种电池复合材料的制作方法，通过锻烧时通入空气或氧气的技术形成有化学式为FePO<subgt;4</subgt;的前驱物，并将该前驱物与带有锂原子的一第一反应物以及一碳源进行反应，并形成化学式为LiFePO<subgt;4</subgt;的一电池复合材料。

技术研发人员：傅冠颖,王瀞諠,黄安锋
受保护的技术使用者：台湾立凯电能科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5