一種水熱合成磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：（1）將0.5~2mol/L的鐵源溶液和0.5~2mol/L的釩源溶液加入到高壓攪拌反應(yīng)釜中，加入適量尿素，使pH在1~7，攪拌，得到懸濁漿料；（2）加入鋰源化合物、磷源化合物和復(fù)合碳源，使鐵、釩、鋰、磷和碳元素摩爾比為1︰1︰2.5︰2.5︰（2.5－7.5），反應(yīng)10~30h，得到的沉淀經(jīng)洗滌、過(guò)濾，再進(jìn)行冷凍干燥，控制溫度為-30~-50℃，控制干燥時(shí)間為10~20h，得磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料粉末。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣，成本低，能耗低，同時(shí)，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)得到的正極材料粒徑分布較均勻，分布更為細(xì)小均勻。所制得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰產(chǎn)品均一性好，反應(yīng)活性高，電化學(xué)性能優(yōu)異。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專(zhuān)利摘要】，包括以下步驟：（1）將0.5~2mol/L的鐵源溶液和0.5~2mol/L的釩源溶液加入到高壓攪拌反應(yīng)釜中，加入適量尿素，使pH在1~7，攪拌，得到懸濁漿料；（2）加入鋰源化合物、磷源化合物和復(fù)合碳源，使鐵、釩、鋰、磷和碳元素摩爾比為1︰1︰2.5︰2.5︰（2.5－7.5），反應(yīng)10~30h，得到的沉淀經(jīng)洗滌、過(guò)濾，再進(jìn)行冷凍干燥，控制溫度為-30~-50℃，控制干燥時(shí)間為10~20h，得磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料粉末。本專(zhuān)利技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣，成本低，能耗低，同時(shí)，本專(zhuān)利技術(shù)得到的正極材料粒徑分布較均勻，分布更為細(xì)小均勻。所制得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰產(chǎn)品均一性好，反應(yīng)活性高，電化學(xué)性能優(yōu)異。【專(zhuān)利說(shuō)明】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種鋰離子電池正極材料的合成方法，尤其是涉及。
技術(shù)介紹
同時(shí)具有橄欖石結(jié)構(gòu)和單斜結(jié)構(gòu)兩種主物相的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合正極材料，因其具有理論比容量高(介于170mAh/g和197mAh/g之間)、循環(huán)性能好、倍率性能好、熱穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前鋰離子電池正極材料的重要發(fā)展方向。但是，磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性很差，在大電流放電時(shí)容量衰減快，低溫性能和倍率性能差；磷酸釩鋰晶體結(jié)構(gòu)中金屬離子相隔較遠(yuǎn)，降低了材料中電子的遷移率，導(dǎo)致材料的電子導(dǎo)電率較低，在大電流下進(jìn)行充放電效果不理想，將兩種傳統(tǒng)的磷酸鹽系正極材料一起復(fù)合制備出來(lái)，利用磷酸釩鋰的高離子導(dǎo)電性、高理論比容量、高放電電壓平臺(tái)、良好的低溫放電性能等優(yōu)勢(shì)來(lái)對(duì)磷酸鐵鋰基材料進(jìn)行改性，是一種行之有效的方法。但如何保證材料的均勻性和材料大倍率性能的同時(shí)，進(jìn)一步提高復(fù)合材料生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)效率以及降低生產(chǎn)過(guò)程的能耗，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，是目前亟待解決的問(wèn)題。CN 102299303 B公開(kāi)了一種噴霧干燥-熱處理制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料的方法，但是合成步驟復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)過(guò)熱處理，能耗高，制備出來(lái)的復(fù)合材料的粒徑范圍為0.1-2微米，均勻性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品不均勻等缺陷，提供，以實(shí)現(xiàn)原料來(lái)源廣、工藝流程簡(jiǎn)單、產(chǎn)品均勻性好、成本低的目的。 本專(zhuān)利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，，包括以下步驟:(1)將0.5?2mol/L的鐵源溶液和0.5?2mol/L的釩源溶液加入到高壓攪拌反應(yīng)釜中，控制鐵元素與釩元素的摩爾比為1:1，加入適量尿素(尿素的加入量是以pH值來(lái)確定的)，使pH在I?7 (優(yōu)選pH3?4)，在溫度100°C?150°C條件下控制攪拌速度為10(T300r/min (優(yōu)選120-180r/min)，控制壓力為2?4Mpa，反應(yīng)2?4h，得到懸濁漿料；(2)在步驟(I)所得漿料中加入鋰源化合物、磷源化合物和復(fù)合碳源，使鐵、釩、鋰、磷和碳元素摩爾比為1:1: 2.5: 2.5: (2.5 — 7.5)，在高壓攪拌反應(yīng)釜中控制壓力為4?8Mpa (優(yōu)選5-6 Mpa)，控制轉(zhuǎn)速為100?200 rpm (優(yōu)選140?180 rpm)，反應(yīng)溫度為100C "3000C (優(yōu)選150°C?250°C)，反應(yīng)10?30h (優(yōu)選15?25h)，得到的沉淀經(jīng)洗滌、過(guò)濾，再進(jìn)行冷凍干燥，控制溫度為-3(T-50°C，控制干燥時(shí)間為l(T20h，得磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料粉末。 進(jìn)一步，步驟(I)中，所述鐵源化合物是硝酸鐵、九水硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵、九水硫酸鐵、硫酸亞鐵或醋酸亞鐵中的一種。 進(jìn)一步,步驟(I)中,所述f凡源化合物是偏鑰;酸銨或f凡酸鈉。 進(jìn)一步，步驟(2 )中，所述鋰源化合物是草酸鋰、磷酸二氫鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、碳酸鋰、磷酸鋰、氯化鋰或硝酸鋰中的一種。 進(jìn)一步，步驟(2 )中，所述磷源化合物是磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸銨、磷酸鋰、磷酸二氫鋰、磷酸三鈉、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯或磷酸酯中的一種。 進(jìn)一步，步驟(2)中，所述復(fù)合碳源是乙炔黑、石墨、焦炭、蔗糖、殼聚糖、乳酸、葡萄糖、蘋(píng)果酸、乙酸、酚醛樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、草酸或檸檬酸中的至少兩種。 本專(zhuān)利技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣，成本低，能耗低，同時(shí)，本專(zhuān)利技術(shù)得到的正極材料粒徑分布較均勻(厚度約為0.08-0.15 μ m)，分布更為細(xì)小均勻。所制得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰產(chǎn)品均一性好，反應(yīng)活性高，電化學(xué)性能優(yōu)異。 【專(zhuān)利附圖】【附圖說(shuō)明】 圖1為實(shí)施例1所制得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料的SEM圖譜；圖2為實(shí)施例1所制得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料的XRD圖譜；圖3為實(shí)施例1所制得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料組裝成的電池的0.1C、1C、1C條件下首次充放電曲線圖；圖4為實(shí)施例1所制得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料組裝成的電池的1C、10C條件下的循環(huán)曲線圖。 【具體實(shí)施方式】 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1本實(shí)施例包括以下步驟:(1)稱(chēng)取0.5mol九水硝酸鐵,0.5mol偏鑰;酸銨,分別溶于500ml去離子水中,攪拌使之溶解；將硝酸鐵溶液和偏釩酸銨溶液加入到高壓攪拌反應(yīng)釜中，加入5g尿素，使pH為4，在溫度120°C條件下控制攪拌速度為200r/min，控制壓力為3Mpa，反應(yīng)3h，得到懸濁漿料；(2)在漿料中加入1.25mol磷酸二氫鋰、Imol草酸和0.2mol葡萄糖，在高壓攪拌反應(yīng)釜中控制壓力為6Mpa，控制轉(zhuǎn)速為150 rpm，反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)20h，得到的沉淀經(jīng)洗滌、過(guò)濾以及冷凍干燥，控制溫度為_(kāi)40°C，控制干燥時(shí)間為15h，得到磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復(fù)合材料粉末。 電池的組裝:稱(chēng)取0.4g所得的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰，加入0.05g乙炔黑作導(dǎo)電劑和0.05g NMPCN-甲基吡咯烷酮)作粘結(jié)劑，混合均勻后涂在鋁箔上制成正極片，在真空手套箱中以金屬鋰片為負(fù)極，以Celgard 2300為隔膜，lmol/L LiPF6/EC: DMC (體積比I: I)為電解液，可組裝成CR2025的扣式電池，0.1C首次放電比容量為149.5 mAh/g，lC首次放電比容量為142.9 mAh/g, 1C首次放電比容量為126.8mAh/g ；1C循環(huán)40次后容量保持率為91.45%，1C循環(huán)40次后容量保持率為84.97%。 本專(zhuān)利技術(shù)一步合成，工藝步驟短，流程簡(jiǎn)單，并且不經(jīng)過(guò)熱處理，大大降低了生產(chǎn)能耗。同時(shí)，得到的材料顆粒細(xì)小，粒徑分布均勻，厚度約為0.08-0.15 μ m。 實(shí)施例2 本實(shí)施例包括以下步驟:(1)稱(chēng)取0.5mol氯化鐵,0.5mol鑰;酸鈉，分別溶于500ml去離子水中，攪拌使之溶解；將氯化鐵溶液和釩酸鈉溶液加入到高壓攪拌反應(yīng)釜中，加入2g尿素，使pH為1，在溫度100°C條件下控制攪拌速度為100r/min，控制壓力為2Mpa，反應(yīng)2h，得到懸濁漿料； (2)在衆(zhòng)料中加入1.25mol磷酸二氫銨、0.625mol碳酸鋰、0.1mol朽1檬酸、0.1mol蘋(píng)果酸和0.0lmol殼聚糖,在高壓攪拌反應(yīng)爸中控制壓力為4Mpa,控制轉(zhuǎn)速為100 rpm,反應(yīng)溫度為100°C，反應(yīng)10h，得到的沉淀經(jīng)洗滌、過(guò)濾以及冷凍干燥，控制溫度為_(kāi)30°C，控制干燥時(shí)間為10h，得到磷酸鐵鋰-磷酸本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水熱合成磷酸鐵鋰?磷酸釩鋰復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將0.5~2mol/L的鐵源溶液和0.5~2mol/L的釩源溶液加入到高壓攪拌反應(yīng)釜中，控制鐵元素與釩元素的摩爾比為1:1，加入適量尿素，使pH在1~7，在溫度100℃~150℃條件下控制攪拌速度為100~300r/min，控制壓力為2~4Mpa，反應(yīng)2~4h，得到懸濁漿料；（2）在步驟（1）所得漿料中加入鋰源化合物、磷源化合物和復(fù)合碳源，使鐵、釩、鋰、磷和碳元素摩爾比為1︰1︰2.5︰2.5︰（2.5－7.5），在高壓攪拌反應(yīng)釜中控制壓力為4~8Mpa，控制轉(zhuǎn)速為100~200?rpm，反應(yīng)溫度為100℃~300℃，反應(yīng)10~30h，得到的沉淀經(jīng)洗滌、過(guò)濾，再進(jìn)行冷凍干燥，控制溫度為?30~?50℃，控制干燥時(shí)間為10~20h，得磷酸鐵鋰?磷酸釩鋰復(fù)合材料粉末。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張佳峰，張寶，李暉，袁新波，王小瑋，鄭俊超，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中南大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43
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