一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法与流程

文档序号:20199006发布日期:2020-03-27 20:26阅读:442来源:国知局

本发明属于新能源领域,尤其是涉及一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法。



背景技术:

磷酸铁锂是一种新型锂离子电池正极材料,其特点是放电容量大,价格低廉,无毒性,不造成环境污染。

锂离子电池的内部材料由负极材料、电解质、隔膜和正极材料四部分共同组成,而电池内部材料的结构和性能又决定了锂离子电池的电化学性能。锂离子电池的负极材料在商业上大多数使用石墨材料,所以选择正极材料的成本对电池成本的高低有着极大的影响,而且正极材料的性能也极大影响着锂离子电池的电化学性能,如倍率性能、充放比电容量和循环性能等。

目前现有的橄榄石型lifepo4作为锂离子电池正极材料,具有理论容量较高(170mah/g)、理论循环性能高、结构稳定、环境友好、资源丰富等优点,然而,由于目前现有的lifepo4的电子传导率和锂离子扩散速率较低,极大地限制了lifepo4电化学性能的发挥,并阻碍了lifepo4做为正极材料在动力、启停等电源上的广泛应用。

由于不能很好的解决锂电池的快速充电、低温倍率放电及高温长循环寿命问题。近些年新能源汽车在政府的大力推动下,虽然获得了很大的发展,但动力电池领域存在的“里程焦虑”“安全焦虑”“寿命焦虑”等问题突出。目前市场上的电动汽车虽然一次充电标称可行驶400-500公里,但充电时间需要5-10小时,电池组寿命只有3-5年左右。在实际使用中,①因不能快速充电,存在里程焦虑问题,也就是无法连续用车;②电池寿命短,存在3-5年后更换电池成本过高的问题;③易起火、爆炸的安全隐患等,严重影响新能源汽车产业持续健康发展。

美国汽车工程师协会认为:与内燃机车辆相比,电动汽车(ev)的有限行驶里程和长充电时间会引起驾驶者的里程焦虑,同时对潜在用户的开发造成障碍。因此,美国能源部已将极快速充电(xfc)确定为确保大规模采用电动汽车汽车的关键挑战。到2023年,美国先进电池联盟的低成本/快速充电电动车电池目标是15分钟充到电池容量的80%。

除新能源汽车外,其它应用市场,如手机、无人机、电动工具、移动式机器人、电动铲车、军事领域的高能武器、单兵装备等均需要快充型电池,以解决因充电时间长造成的使用不便、使用效率低及投入成本高等问题。因此市场上急需要研发一种能快速充电,且循环寿命长,安全性能高的锂离子电池。



技术实现要素:

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法,本发明的磷酸铁锂正极材料,制成的锂电池能实现快速充电、高倍率放电、低温高功率放电、及长循环寿命的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法,包括以下步骤:

1)选用具有纳米微孔结构的磷酸铁作为基础材料,在气氛环境下,进行400-740℃的高温脱水处理4-16h后,得到脱除结晶水的磷酸铁;

2)将步骤1)将脱除结晶水的磷酸铁与锂源、碳源、掺杂物按fep:li:c:x=1:0.85-1.2:0.6-1.1:0.001-0.01的摩尔比例用混合机混合4-16h,得到磷酸铁与锂源、碳源、掺杂物的混合物;

3)将步骤2)得到的磷酸铁与锂源、碳源、掺杂物的混合物,用气流粉碎至混合物颗粒d50粒径≤8um后,加入有机溶剂中分散,砂磨至混合物颗粒d50粒径≤800nm,得到纳米级的磷酸铁、锂源、掺杂物的混合悬浮液;

4)将步骤3)得到磷酸铁、锂源、碳源、掺杂物的混合悬浮液在50-150℃温度下烘干后压制整形,于保护气氛下通入有机化合物气体,在高温炉中600-950℃下烧制4-22h,得到大颗粒磷酸铁锂;

5)将步骤4)得到的大颗粒磷酸铁锂粉碎至d50粒径≤5um,备用。

作为优选,所述步骤1)中磷酸铁外表面及内部分布着纳米级的微孔通道,该纳米微孔通道在磷酸铁内部及外表延伸,其孔径小于50nm。

作为优选,所述纳米微孔通道在磷酸铁内部连通。

作为优选,所述磷酸铁的比表面积大于等于90m2/g。

作为优选,所述纳米微孔结构的磷酸铁的制备方法包括以下步骤:

a、将铁源溶解于去离子水,进行分子聚合处理,将铁源由单分子状态转换成高分子聚合状态,聚合处理的温度为40-120℃,聚合处理的压力为0.3-0.7mpa,得到铁源聚合物;

b、于10-40℃下,将铁源聚合物与30-65%浓度的磷酸溶液按10-60r/min搅拌混合,在不破坏铁源聚合态的情况下,将磷酸根与铁源的酸根置换,形成具有聚合态结构的磷酸铁溶液,其中混合比例为1:0.9-1.15;

c、于20-35℃下,向磷酸铁溶液中加入稀释至1.5-6%的碱液,调节其ph值到2.5-7.0,得到含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液;

d、将步骤3)中得到的悬浮液进行球磨或砂磨,水洗处理掉里面的可溶性盐类后,于80-160℃下干燥得到一种具有纳米微孔结构的磷酸铁。

作为优选,所述步骤1)中气氛为干燥空气、氮气、氩气、二氧化碳气氛中的一种或两种或多种;所述步骤1)中磷酸铁的高温脱水处理温度为450-700℃。

作为优选,所述步骤2)中锂源为氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂中的一种或两种或多种;所述步骤2)中碳源为葡萄糖、蔗糖、壳聚糖、淀粉、环糊精中的一种或两种或多种;所述步骤2)中掺杂物为含有mg、mn、ti、v、nb、y、ni、co、rb的化合物中的一种或两种或多种;所述步骤2)中磷酸铁与锂源、碳源、掺杂物的比例为fep:li:c:x=1:0.85-1.15:0.65-1.1:0.001-0.008。

作为优选,所述步骤3)中磷酸铁与锂源、碳源、掺杂物的混合物利用气流粉碎机进行干法粉碎,粉碎至d50颗粒≤6.5um;所述步骤3)中有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、醋酸甲酯、甲基丙酮、聚乙二醇中的一种或两种或多种。

作为优选,所述步骤4)中保护气氛为氮气、氩气、二氧化碳气氛中的一种或两种或多种;所述步骤4)中有机化合物气体为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔中的一种或两种或多种;所述步骤4)中烘干温度为60-140℃;所述步骤4)中烧制温度为620-900℃。

作为优选,所述步骤a)中聚合处理的温度为40-80℃;所述步骤a)中聚合处理的压力为0.4-0.6mpa;所述步骤a)中铁源为硫酸铁、氢氧化铁、氯化铁、聚合硫酸铁中的一种或两种或多种组合;所述步骤b)中铁源聚合物与磷酸溶液的混合温度为15-30℃,铁源聚合物与磷酸溶液的混合比例为1:0.95-1.1;所述步骤c)中碱液的浓度为2-4.5%,ph值为3.0-6.0;碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化锂中的一种或两种或多种;所述步骤d)中干燥温度为90-140℃;所述球磨处理采用0.5-5cm的锆球,砂磨处理采用0.1-1.2mm的锆球。

本发明制备的磷酸铁锂由于选用具有纳米微孔结构的磷酸铁做为基础材料,使得材料混合烧结时锂离子能够更快的镶嵌入磷酸铁中,磷酸铁的纳米微孔通道,为锂离子的快速迁移,提供了良好的通道条件。在高温炉烧制过程中,在气氛保护下通入有机化合物气体,增强了磷酸铁的纳米微孔通道中及表面的电子传导速率。所以制得的磷酸铁锂材料具备良好的导电性>0.2s/cm及锂离子迁移率>10-14cm2/(v·s),采用具有该特性的磷酸铁锂做锂离子电池的正极材料,可以使锂离子电池实现极高的充放电倍率性能及长循环寿命

本发明的有益效果是:①、本发明制备的磷酸铁锂材料具备良好的导电性>0.2s/cm及锂离子迁移率>10-14cm2/(v·s),高于同行业1-2个数量级;②、采用本发明的磷酸铁锂做正极材料制成的锂电池,在不使用特殊负极条件下,使锂离子电池可以进行10c倍率的充放电,在100%满充满放条件下,循环>2000次(电池充满电只需6分钟),但是同行业目前,大多做不到100%的10c充电,在作10c充放电循环时,会大幅度的缩短电池寿命至300-500次;③、电池做30c的倍率放电时,电压平台2.9v以上,放电容量可达到电池1c容量的97%,电池温升25℃左右,目前同行业产品在做30c放电时,电压平台一般在2.5-2.6v,放电后电池温升在40℃左右;④电池常温2c充放循环3500次,容量可以保持在>总容量的90%,而同行产品在同等条件下,都是1c充放循环3000次,容量保持≥80%;⑤、电池在持续55℃温度环境下,2c充放循环2500次,容量可以保持在>总容量的80%,同行产品在同等条件下,都是0.5c充放循环500次,容量保持≥80%;⑥、低温-20℃环境中,电池在不使用低温电解液的条件下,可以做5c的倍率放电,放电电压最低点在2.5v以上,同行产品在同等条件下,只能做1c放电,做2c放电时,大部分的放电电压,是先跌倒2v左右再爬升。在实际使用中,低于2.5v,bms保护会直接切断,停止电池工作。造成纯电动车低温起步困难。所以,使用本发明材料制成的电池完全满足电动车电池的要求。

附图说明

图1为利用本发明的磷酸铁锂制备出锂电池后10c充放电容量。

图2为利用本发明的磷酸铁锂制备出锂电池后1c放电和30c放电容量保持率,30c放电电压平台。

图3为利用本发明的磷酸铁锂制备出锂电池后2c充放电循环。

图4为利用本发明的磷酸铁锂制备出锂电池后10c充放电循环。

图5为利用本发明的磷酸铁锂制备出锂电池后-20℃低温下,1c和5c放电容量。

图6为本发明磷酸铁锂的电镜图。

图7为本发明磷酸铁表面孔道的示意图。

图8为本发明磷酸铁内部剖面孔道的孔径示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

纳米微孔结构的磷酸铁的制备

1)称取200g浓度为35%的硫酸铁,加入200ml去离子水中制成硫酸铁溶液,并将其放入反应釜中,在85℃、0.3mpa下,搅拌2h进行分子聚合处理,得到聚合的硫酸铁溶液;

2)在25℃的恒定温度下,称取43g浓度为82.4%的磷酸加入50ml去离子水后与聚合的硫酸铁溶液按30r/min搅拌混合混合搅拌1h,在不破坏铁源聚合态的情况下,将磷酸根与铁源的酸根置换,形成具有聚合态结构的磷酸铁溶液;

3)在25℃的恒定温度下,以20ml/min的速率将浓度为4%的氢氧化钾溶液加入到磷酸铁溶液中,调节ph值至5.0后,搅拌反应1h,得到含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液;

4)将含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液进行过滤后,加入150ml去离子水,在5mm锆球的球磨机中球磨1h,加入800ml去离子水水洗搅拌0.5h后过滤,将过滤后的磷酸铁加入350ml去离子水,在0.6mm锆球的砂磨机中砂磨1h,加入800ml去离子水水洗搅拌0.5h后过滤,将过滤后的磷酸铁放入烘箱中160℃下干燥12h,得到具有纳米微孔结构的磷酸铁。

测得实例1制备所得的磷酸铁比表面积为104.2m2/g,孔径≤50nm。

一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法,包括以下步骤:

1)称取100g上述过程制备的纳米微孔结构的磷酸铁材料,在氮气环境下,进行高温700℃脱水处理8h后,得到脱出结晶水的磷酸铁;

2)将步骤1)得到的磷酸铁与氧化锂、葡萄糖、氧化镁按摩尔比fep:li:c:mg=1:1:0.8:0.008进行配料后,放入双锥混料机中进行12h混合,得到磷酸铁与氧化锂、葡萄糖、氧化镁的混合物;

3)将步骤2)得到的磷酸铁与氧化锂、葡萄糖、氧化镁的混合物用粉碎机在气流压力0.4mpa下,进行气流粉碎至混合物50%的颗粒直径在8um以下(d50颗粒≤8um)后,按固液比40%加入甲醇溶液进行分散,然后投入至纳米砂磨机中,使用0.3mm的锆球砂磨至磷铁锂混合物的颗粒粒径d50≤800nm,得到纳米级的磷酸铁与氧化锂、葡萄糖、氧化镁混合物的悬浮液;

4)将步骤3)得到的磷酸铁与氧化锂、葡萄糖、氧化镁混合物的悬浮液在80℃温度下烘干及压制整形,然后投入高温炉中,以5℃/min升温至680℃,在氮气气氛保护下,持续以0.2l/min流速通入甲烷气体烧制16h后,得到大颗粒磷酸铁锂;

5)将步骤4)得到的大颗粒磷酸铁锂在露点-5的干燥环境下,用气流粉碎机粉碎至d50粒径≤5um,得到适合快速充电的高功率高循环性能的磷酸铁锂。

测得实例1制备所得的磷酸铁锂0.2c克容量163.1mah/g,电导率0.25s/cm,粒径d502.43um。

实施例2

纳米微孔结构的磷酸铁的制备

1)称取140g浓度为30%的氢氧化铁,加入150ml去离子水中制成硫酸铁溶液,并将其放入反应釜中,在65℃、0.4mpa下,搅拌4h进行分子聚合处理,得到聚合的氢氧化铁溶液;

2)在30℃的恒定温度下,称取44g浓度为82.4%的磷酸加入60ml去离子水后与聚合的硫酸铁溶液按20r/min搅拌混合混合搅拌2h,在不破坏铁源聚合态的情况下,将磷酸根与铁源的酸根置换,形成具有聚合态结构的磷酸铁溶液;

3)在25℃的恒定温度下,以20ml/min的速率将浓度为5%的氢氧化钠溶液加入到磷酸铁溶液中,调节ph值至4.5后,搅拌反应3h,得到含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液;

4)将含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液进行过滤后,加入200ml去离子水,在3cm锆球的球磨机中球磨2h,加入1000ml去离子水水洗搅拌1h后过滤,将过滤后的磷酸铁加入450ml去离子水,在0.4mm锆球的砂磨机中砂磨2h,加入1000ml去离子水水洗搅拌1h后过滤,将过滤后的磷酸铁放入烘箱中140℃下干燥12h,得到具有纳米微孔结构的磷酸铁。

测得实例2制备所得的磷酸铁比表面积为96.3m2/g,孔径≤50nm。

一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法,包括以下步骤:

1)称取100g上述过程制备的纳米微孔结构的磷酸铁材料,在氩气环境下,进行高温400℃脱水处理16h后,得到脱出结晶水的磷酸铁;

2)将步骤1)得到的磷酸铁与氢氧化锂、蔗糖、碳酸锰按摩尔比fep:li:c:mn=1:0.85:1.1:0.008进行配料后,放入双锥混料机中进行4h混合,得到磷酸铁与氢氧化锂、蔗糖、碳酸锰的混合物;

3)将步骤2)得到的磷酸铁与氢氧化锂、蔗糖、碳酸锰的混合物用粉碎机在气流压力0.4mpa下,进行气流粉碎至混合物50%的颗粒直径在8um以下(d50颗粒≤8um)后,按固液比40%加入乙醇溶液进行分散,然后投入至纳米砂磨机中,使用0.3mm的锆球砂磨至磷铁锂混合物的颗粒粒径d50≤800nm,得到纳米级的磷酸铁与氢氧化锂、蔗糖、碳酸锰混合物的悬浮液;

4)将步骤3)得到的磷酸铁与氢氧化锂、蔗糖、碳酸锰混合物悬浮液在50℃温度下烘干及压制整形,然后投入高温炉中,以5℃/min升温至600℃,在氩气气氛保护下,持续以0.2l/min流速通入乙烷气体烧制22h后,得到大颗粒磷酸铁锂;

5)将步骤4)得到的大颗粒磷酸铁锂在露点-5的干燥环境下,气流粉碎机粉碎至d50粒径≤5um,得到适合快速充电的高功率高循环性能的磷酸铁锂。

测得实例1制备所得的磷酸铁锂0.2c克容量152.2mah/g,电导率0.32s/cm,粒径d504.22um。

实施例3

纳米微孔结构的磷酸铁的制备

1)称取220g浓度为20%的氯化铁,加入200ml去离子水中制成硫酸铁溶液,并将其放入反应釜中,在80℃、0.6mpa下,搅拌4h进行分子聚合处理,得到聚合的氯化铁溶液;

2)在30℃的恒定温度下,称取35g浓度为82.4%的磷酸加入30ml去离子水后与聚合的硫酸铁溶液按45r/min搅拌混合混合搅拌3h,在不破坏铁源聚合态的情况下,将磷酸根与铁源的酸根置换,形成具有聚合态结构的磷酸铁溶液;

3)在30℃的恒定温度下,以20ml/min的速率将浓度为3%的氢氧化钾溶液加入到磷酸铁溶液中,调节ph值至3.5后,搅拌反应6h,得到含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液;

4)将含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液进行过滤后,加入150ml去离子水,在8mm锆球的球磨机中球磨6h,加入800ml去离子水水洗搅拌3h后过滤,将过滤后的磷酸铁加入400ml去离子水,在0.6mm锆球的砂磨机中砂磨6h,加入800ml去离子水水洗搅拌4h后过滤,将过滤后的磷酸铁放入烘箱中80℃下干燥12h,得到具有纳米微孔结构的磷酸铁。

测得实例3制备所得的磷酸铁比表面积为92.3m2/g,孔径≤50nm。

一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法,包括以下步骤:

1)称取100g上述过程制备的纳米微孔结构的磷酸铁材料,在二氧化碳气氛环境下,进行高温500℃脱水处理12h后,得到脱出结晶水的磷酸铁;

2)将步骤1)得到的磷酸铁与碳酸锂、壳聚糖、氧化钛按摩尔比fep:li:c:ti=1:1.15:0.65:0.001进行配料后,放入双锥混料机中进行16h混合,得到磷酸铁与碳酸锂、壳聚糖、氧化钛的混合物;

3)将步骤2)得到的磷酸铁与碳酸锂、壳聚糖、氧化钛混合物用粉碎机在气流压力0.4mpa下,进行气流粉碎至混合物50%的颗粒直径在8um以下(d50颗粒≤8um)后,按固液比40%加入丙酮溶液进行分散,然后投入至纳米砂磨机中,使用0.3mm的锆球砂磨至磷铁锂混合物的颗粒粒径d50≤800nm,得到纳米级的磷酸铁与碳酸锂、壳聚糖、氧化钛混合物的悬浮液;

4)将步骤3)得到的磷酸铁与碳酸锂、壳聚糖、氧化钛混合物的悬浮液在150℃温度下烘干及压制整形,然后投入高温炉中,以5℃/min升温至750℃,在二氧化碳气氛保护下,持续以0.2l/min流速通入乙烯气体烧制4h后,得到大颗粒磷酸铁锂;

5)将步骤4)得到的大颗粒磷酸铁锂在露点-5的干燥环境下,气流粉碎机粉碎至d50粒径≤5um,得到适合快速充电的高功率高循环性能的磷酸铁锂。

测得实例1制备所得的磷酸铁锂0.2c克容量147mah/g,电导率0.44s/cm,粒径d504.53um。

实施例4

纳米微孔结构的磷酸铁的制备

1)称取300g浓度为11%的聚合硫酸铁,加入300ml去离子水中制成硫酸铁溶液,并将其放入反应釜中,在50℃、0.5mpa下,搅拌3h进行分子聚合处理,得到聚合的硫酸铁溶液;

2)在25℃的恒定温度下,称取5.3g浓度为82.4%的磷酸加入5ml去离子水后与聚合的硫酸铁溶液按50r/min搅拌混合混合搅拌3h,在不破坏铁源聚合态的情况下,将磷酸根与铁源的酸根置换,形成具有聚合态结构的磷酸铁溶液;

3)在25℃的恒定温度下,以20ml/min的速率将浓度为2%的氨水溶液加入到磷酸铁溶液中,调节ph值至3.0后,搅拌反应4h,得到含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液;

4)将含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液进行过滤后,加入150ml去离子水,在2cm锆球的球磨机中球磨6h,加入600ml去离子水水洗搅拌2h后过滤,将过滤后的磷酸铁加入400ml去离子水,在0.6mm锆球的砂磨机中砂磨6h,加入600ml去离子水水洗搅拌2h后过滤,将过滤后的磷酸铁放入烘箱中120℃下干燥12h,得到具有纳米微孔结构的磷酸铁。

测得实例4制备所得的磷酸铁比表面积为93.7m2/g,孔径≤50nm。

一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法,包括以下步骤:

1)称取100g上述过程制备的纳米微孔结构的磷酸铁材料,在干燥空气环境下,进行高温600℃脱水处理10h后,得到脱出结晶水的磷酸铁;

2)将步骤1)得到的磷酸铁与乙酸锂、淀粉、氧化铌按摩尔比fep:li:c:nb=1:0.95:1:0.006进行配料后,放入双锥混料机中进行10h混合,得到磷酸铁与乙酸锂、淀粉、氧化铌的混合物;

3)将步骤2)得到的磷酸铁与乙酸锂、淀粉、氧化铌的混合物用粉碎机在气流压力0.4mpa下,进行气流粉碎至混合物50%的颗粒直径在8um以下(d50颗粒≤8um)后,按固液比40%加入醋酸甲酯溶液进行分散,然后投入至纳米砂磨机中,使用0.3mm的锆球砂磨至磷铁锂混合物的颗粒粒径d50≤800nm,得到纳米级的磷酸铁与乙酸锂、淀粉、氧化铌混合物的悬浮液;

4)将步骤3)得到的磷酸铁与乙酸锂、淀粉、氧化铌混合物的悬浮液在105℃温度下烘干及压制整形,然后投入高温炉中,以5℃/min升温至760℃,在氮气气氛保护下,持续以0.2l/min流速通入乙炔气体烧制16h后,得到大颗粒磷酸铁锂;

5)将步骤4)得到的大颗粒磷酸铁锂在露点-5的干燥环境下,气流粉碎机粉碎至d50粒径≤5um,得到高功率高循环性能的磷酸铁锂。

测得实例1制备所得的磷酸铁锂0.2c克容量158.2mah/g,电导率0.28s/cm,粒径d501.87um。

实施例5

纳米微孔结构的磷酸铁的制备

1)称取200g浓度为30%的硫酸铁,加入200ml去离子水中制成硫酸铁溶液,并将其放入反应釜中,在120℃、0.4mpa下,搅拌4h进行分子聚合处理,得到聚合的硫酸铁溶液;

2)在25℃的恒定温度下,称取36g浓度为82.4%的磷酸加入20ml去离子水后与聚合的硫酸铁溶液按60r/min搅拌混合混合搅拌3h,在不破坏铁源聚合态的情况下,将磷酸根与铁源的酸根置换,形成具有聚合态结构的磷酸铁溶液;

3)在25℃的恒定温度下,以20ml/min的速率将浓度为5.5%的氢氧化锂溶液加入到磷酸铁溶液中,调节ph值至3.5后,搅拌反应3h,得到含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液;

4)将含有磷酸铁和可溶性盐类的混合悬浮液进行过滤后,加入150ml去离子水,在8mm锆球的球磨机中球磨8h,加入800ml去离子水水洗搅拌2h后过滤,将过滤后的磷酸铁加入500ml去离子水,在0.6mm锆球的砂磨机中砂磨8h,加入800ml去离子水水洗搅拌2h后过滤,将过滤后的磷酸铁放入烘箱中140℃下干燥12h,得到具有纳米微孔结构的磷酸铁。

测得实例5制备所得的磷酸铁比表面积为91.4m2/g,孔径≤50nm。

一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法,包括以下步骤:

1)称取100g上述过程制备的纳米微孔结构的磷酸铁材料,在氮气环境下,进行高温740℃脱水处理4h后,得到脱出结晶水的磷酸铁;

2)将步骤1)得到的磷酸铁与氢氧化锂、环糊精、氧化钇按摩尔比fep:li:c:y=1:1.05:0.95:0.004进行配料后,放入双锥混料机中进行8h混合,得到磷酸铁与氢氧化锂、环糊精、氧化钇的混合物;

3)将步骤2)得到的磷酸铁与氢氧化锂、环糊精、氧化钇的混合物在用粉碎机在气流压力0.4mpa下,进行气流粉碎至混合物50%的颗粒直径在8um以下(d50颗粒≤8um)后,按固液比40%加入甲基丙酮溶液进行分散,然后投入至纳米砂磨机中,使用0.3mm的锆球砂磨至磷铁锂混合物的颗粒粒径d50≤800nm,得到纳米级的磷酸铁与氢氧化锂、环糊精、氧化钇混合物的悬浮液;

4)将步骤3)得到的磷酸铁与氢氧化锂、环糊精、氧化钇混合物的悬浮液在130℃温度下烘干及压制整形,然后投入高温炉中,以5℃/min升温至800℃,在氮气气氛保护下,持续以0.2l/min流速通入甲烷气体烧制12h后,得到大颗粒磷酸铁锂;

5)将步骤4)得到的大颗粒磷酸铁锂在露点-5的干燥环境下,气流粉碎机粉碎至d50粒径≤5um,得到适合快速充电的高功率高循环性能的磷酸铁锂。

测得实例1制备所得的磷酸铁锂0.2c克容量153.7mah/g,电导率0.31s/cm,粒径d502.66um。

如图1所示,利用本发明的磷酸铁锂制备的锂电池快充性能达到10c充电、100%充满、低内阻(3.65v)。如图2所示,利用本发明的磷酸铁锂制备的锂电池30c高功率放电,电压平台高达2.9v。如图3所示,利用本发明的磷酸铁锂制备的锂电池2c充放循环3500次,容量仍保持在90%以上。如图4所示,利用本发明的磷酸铁锂制备的锂电池高功率、长寿命特性10c(6分钟电池充满)充放电循环、2750次,容量在80%以上。如图5所示,利用本发明的磷酸铁锂制备的锂电池在-20℃下,可以5c放电;电压平台不低于2.5v。纯电动汽车起步最大瞬间电流,反应在电池组上是3c放电,因此已经满足了纯电动汽车低温最大放电要求。

上述具体实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

当前第1页1 2 3 
网友询问留言 留言:0条
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!