/c正极材料及其制备方法_2

文档序号:8320986阅读:来源:国知局
在本发明的具体实施例中使用的为四甘醇。
[0035]根据本发明的制备方法,为了进一步提高LiFeP04/C正极材料的导电率、比容量和循环寿命,优选依次将磷源水溶液、锂源水溶液和二价铁源水溶液加入到表面活性剂和/或分散剂中进行混合均匀。
[0036]根据本发明的制备方法,为了进一步提高LiFeP04/C正极材料的导电率、比容量和循环寿命,优选第一干燥的条件包括:温度为60°C -80°C,时间为6h-24h,优选为10_15h ;第二干燥的条件包括:温度为60°C -80°C,时间为6h-24h,优选为10_15h。
[0037]根据本发明的制备方法,为了进一步提高LiFeP04/C正极材料的导电率、比容量和循环寿命,优选所述烧结的条件包括:温度为550-750°C,优选为600°C;时间为0.5_12h,优选为2-5h ;烧结的气氛为IS气、氮气和标准气体中的一种或者多种。
[0038]根据本发明的制备方法,为了进一步提高LiFeP04/C正极材料的导电率、比容量和循环寿命,优选所述水热反应的时间为0.5h-48h,优选2h-24h。
[0039]本发明提供了一种按照本发明的制备方法制备得到的LiFeP04/C正极材料。
[0040]按照本发明的制备方法制备得到的LiFeP04/C正极材料,具有导电率高、比容量大、循环寿命好等优点,能够满足锂离子电池实际应用的需要。
[0041]以下结合实施实例对本发明作进一步详细描述,但本发明不局限于此。
[0042]本发明中使用的X射线衍射仪型号为:D/MAX-TTRIII (CBO),测试条件为:角度范围为15-80°,扫描速度8° /min,采用Cu耙,使用的扫描电子显微镜(SEM)型号为=FESEMSir1n200,FE1.C0.,使用的透射电镜(TEM)型号为:FEI Tecnai F20。
[0043]本发明中,按照下述公式计算电池的每次充放电比容量:
[0044]充放电比容量=电池充放电容量(晕安时)/正极材料重量(克)
[0045]其中,正极材料重量(克)指的是正极活性物质磷酸铁锂的重量。
[0046]实施例1
[0047]将5mL的浓度为IM (单位M表示mol/L,此为本领域技术人员熟知)的磷酸溶液、15mL的浓度为IM的氢氧化锂溶液以及1mL的浓度为0.5M的硫酸亚铁溶液,按顺序加入到120mL四甘醇中,在保护气氛下搅拌均匀。将混合液转移到水热反应釜中,在140°C水热条件下保温24h ;自然冷却到室温后,将水热得到的产物进行离心分离,得到磷酸铁锂沉淀物;并将此产物用去离子水、无水乙醇和丙酮清洗数次;然后将清洗后的产物在真空干燥箱中60°C下12h烘干,得到磷酸铁锂样品;往烘干后的样品中加入15重量%的抗坏血酸(SP抗坏血酸与磷酸铁锂样品的重量比为15:100),并加入无水乙醇研磨均匀,60°C下烘干;将烘干后的混合物移入高温气氛炉中,在氩气保护下于600°C烧结3h,随炉冷却到室温,即可得到具有碳包覆的锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)纳米棒。X射线粉末衍射分析表明(图1为磷酸铁锂(LiFePO4)纳米棒的XRD图谱),产物为纯相磷酸铁锂(LiFePO4),没有其他任何杂相,结晶度高;从扫描电子显微镜分析得知,产物的颗粒分散性好,纳米棒长度约为60-70nm,长径比约为2:1。高分辨TEM显示纳米棒的直径方向恰好是b方向,也就是锂离子的扩散方向,约为30-40nm,显著缩短了锂离子在晶体内部的扩散通道,从而提高了锂离子的离子扩散系数,最终提高了倍率性能。将产物作为正极材料,在氩气保护的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以不同的倍率在2.0-4.2V间进行充放电循环,0.1C放电容量为159mAh/g,IC放电容量为140mAh/g,图2为本发明实施例1中所得到的磷酸铁锂0.1C和IC的首次充放电曲线,图3为本发明实施例1中所得到的磷酸铁锂的倍率测试图谱,由图2可知,所得到的材料具有很小的极化,而且具有较高的容量。由图3可知,通过添加较小含量的导电剂,材料表现出很好的倍率性能。由此可见按照本发明的方法得到的LiFePO4/C正极材料,具有导电率高、比容量大、循环寿命好等优点,显示了优异的电化学性能)。
[0048]实施例2
[0049]按照实施例1的方法制备LiFeP04/C正极材料,不同的是,碳源为葡萄糖,且其加入量为20重量% (即葡萄糖与磷酸铁锂样品的重量比为20:100),其余条件均相同,得到具有碳包覆的锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)纳米棒(X射线粉末衍射分析表明,产物为纯相磷酸铁锂(LiFePO4);将产物作为正极材料,在氩气保护的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以不同的倍率在2.0-4.2V间进行充放电循环,0.1C放电容量为155mAh/g,IC放电容量为140mAh/g,显示了优异的电化学性能)。
[0050]实施例3
[0051]按照实施例1的方法制备LiFeP04/C正极材料,不同的是,碳源为柠檬酸,且其加入量为26重量% (即柠檬酸与磷酸铁锂样品的重量比为26:100),并且在氩气保护下于600°C烧结2.5h,其余条件均相同,得到具有碳包覆的锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)纳米棒(X射线粉末衍射分析表明,产物为纯相磷酸铁锂(LiFePO4);将产物作为正极材料,在氩气保护的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以不同的倍率在2.0-4.2V间进行充放电循环,0.1C放电容量为152mAh/g,lC放电容量为144mAh/g,显示了优异的电化学性能)。
[0052]实施例4
[0053]按照实施例1的方法制备LiFeP04/C正极材料,不同的是,碳源为蔗糖,且其加入量为17重量% (即蔗糖与磷酸铁锂样品的重量比为17:100),并且在氩气保护下于600°C烧结3h,其余条件均相同,得到具有碳包覆的锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)纳米棒(X射线粉末衍射分析表明,产物为纯相磷酸铁锂(LiFePO4);将产物作为正极材料,在氩气保护的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以不同的倍率在2.0-4.2V间进行充放电循环,0.1C放电容量为148mAh/g,lC放电容量为132mAh/g,显示了优异的电化学性能)。
[0054]实施例5
[0055]将15mL的浓度为IM的磷酸溶液、45mL的浓度为IM的氢氧化锂溶液以及30mL的浓度为0.5M的硫酸亚铁溶液,按顺序加入到60mL四甘醇中,在保护气氛下搅拌均匀。将混合液转移到水热反应釜中,在140°C水热条件下保温24h ;自然冷却到室温后,将水热得到的产物进行离心分离,得到磷酸铁锂沉淀物;并将此产物用去离子水、无水乙醇和丙酮清洗数次;然后将清洗后的产物在真空干燥箱中60°C下12h烘干,得到磷酸铁锂样品;往烘干后的样品中加入17重量%的葡萄糖(即葡萄糖与磷酸铁锂样品的重量比为17:100),并加入无水乙醇研磨均匀,60°C下烘干;将烘干后的混合物移入高温气氛炉中,在氩气保护下于550°C烧结2.5h,随炉冷却到室温,即可得到具有碳包覆的锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)纳米片(X射线粉末衍射分析表明,产物为纯相磷酸铁锂(LiFePO4),没有其他任何杂相,结晶度高;从扫描电子显微镜分析得知,产物的颗粒分散性好,纳米片厚度约为60-100nm,高分辨TEM显示此方向为b方向(锂离子扩散方向)。将产物作为正极材料,在氩气保护的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以不同的倍率在2.0-4.2V间进行充放电循环,0.1C放电容量为162mAh/g,lC放电容量为145mAh/g,显示了优异的电化学性能)。
[0056]实施例6
[0057]将5mL的浓度为IM的磷酸溶液、15mL的浓度为IM的氢氧化锂溶液以及1mL的浓度为0.5M的硫酸亚铁溶液,按顺序加入到120mL四甘醇中,在保护气氛下搅拌均匀。将混合液转移到水热反应釜中,在120°C水热条件下保温24h ;自然冷却到室温后,将水热得到的产物进行离心分离,得到磷酸铁锂沉淀物;并将此产物用去离子水、无水乙醇和丙酮清洗数次;然后将清洗后的产物在真空干燥箱中60°C下12h烘干,得到磷酸铁锂样品;往烘干后的样品中加入20重量%的葡萄糖(即葡萄糖与磷酸铁锂样品的重量比为20:100),并加
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