【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋰電池正極材料，具體涉及一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、新能源技術(shù)被公認(rèn)為21世紀(jì)的高新技術(shù),電池行業(yè)作為新能源領(lǐng)域的重要組成部分，已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn)。目前鋰離子電池已經(jīng)作為一種重要的能量源被人們大范圍的使用，無論是在電子通訊領(lǐng)域，還是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域等，它都擔(dān)當(dāng)著極為重要的角色，有著廣泛的應(yīng)用前景。鋰離子電池工作電壓高、比能量高、容量大、自放電小、循環(huán)性好、使用壽命長、重量輕、體積小，是現(xiàn)代高性能電池的代表，是移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備的理想電源。鋰離子電池的主要構(gòu)造有正極、負(fù)極、能傳導(dǎo)鋰離子的電解質(zhì)以及把正負(fù)極隔開的隔離膜。鋰離子電池的電化學(xué)性能主要取決于所用電極材料和電介質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)與性能，尤其是電極材料的選擇和質(zhì)量直接決定著鋰離子電池的特性和價(jià)格。鋰電池正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40％以上的比例，并且正極材料的性能直接影響了鋰電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)，所以鋰電正極材料在鋰電池中占據(jù)核心地位。
2、磷酸鐵鋰電池是一種新型鋰離子電池電極材料，是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。它的特點(diǎn)是高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應(yīng)、體積小、內(nèi)阻小、自放電少、循環(huán)次數(shù)多，價(jià)格低廉，無毒性，不會(huì)造成環(huán)境污染。因其上述特點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池已應(yīng)用到移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等眾多民用及特種領(lǐng)域。磷酸鐵鋰電池作為鋰電池正極材料，是目前最安全的鋰離子電池正極材料之一，由于正極材料安全穩(wěn)定，使其在擠壓、過充、短路等濫用條件下依然安全，由于其安全穩(wěn)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，使用鑭系金屬磷酸鹽包覆磷酸鐵鋰，改善了磷酸鐵鋰正極材料的性能，提高了放電的中值電壓，使磷酸鐵鋰正極材料適用于低溫環(huán)境。
2、一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：
3、(1)向10質(zhì)量份的水中加入0.12-0.15質(zhì)量份聚氨酯樹脂和0.04-0.06質(zhì)量份表面活性劑，攪拌均勻，繼續(xù)加入1質(zhì)量份無水磷酸鐵、0.20-0.24質(zhì)量份碳酸鋰、0.03-0.04質(zhì)量份碳酸銣和0.01-0.02質(zhì)量份碳酸鈉，攪拌均勻，得到混合料a；其中，所述表面活性劑為質(zhì)量比2-3：1：0.4-0.7的聚山梨酯、烷基酚聚氧乙烯醚和改性烯丙醇聚氧乙烯醚復(fù)配；
4、(2)用研磨機(jī)將混合料a進(jìn)行研磨，噴霧干燥，得到粉末a；將粉末a在氮?dú)夥諊?50-800℃焙燒6-7h，得到金屬摻雜-碳包覆磷酸鐵鋰；
5、(3)將金屬摻雜-碳包覆磷酸鐵鋰、磷酸鑭、葡萄糖、改性氧化石墨烯和水按照質(zhì)量比1：0.03-0.04：0.03-0.04：0.01-0.02：10-15混合，攪拌均勻，得到混合料b；
6、(4)用研磨機(jī)將混合料b進(jìn)行研磨，噴霧干燥，得到粉末b，將粉末b在氮?dú)夥諊拢?50-800℃焙燒9-10h，得到耐低溫磷酸鐵鋰正極材料。
7、進(jìn)一步地，所述改性烯丙醇聚氧乙烯醚的制備方法為：將30-35質(zhì)量份端基含s?i-h鍵的聚硅氧烷和7-10份烯丙醇聚氧乙烯醚混合均勻，升溫至80-100℃攪拌反應(yīng)50-60min，繼續(xù)加入3-5質(zhì)量份氯鉑酸和5-6質(zhì)量份2,3-二甲基馬來酸酐混合均勻，升溫至85-90℃，反應(yīng)3-5h，冷卻至室溫，得到改性烯丙醇聚氧乙烯醚。
8、南極地區(qū)常年低溫烈風(fēng)，如位于南極海拔最高的昆侖站，年均溫度低于-50℃，而當(dāng)前在南極科考中高比功率和高比能量且更環(huán)保的磷酸鐵鋰電池被廣泛應(yīng)用。但是市面上磷酸鐵鋰電池在高溫下的性能較好，低溫時(shí)容量大幅衰減。低溫下存放一段時(shí)間后，初始放電容量會(huì)下降。本專利技術(shù)試圖通過元素?fù)诫s和表面活性劑共同改善低溫下的儲(chǔ)存后的放電容量。通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加特定比例的銣和鈉元素效果更好，但是市售的表面活性劑對整個(gè)體系的分散效果不理想。專利技術(shù)人通過添加特定比例的銣和鈉元素以及添加將市售表面活性劑和改性烯丙醇聚氧乙烯醚復(fù)配組成的表面活性劑，共同改善了低溫下儲(chǔ)存后磷酸鐵鋰電池的放電性能。猜測是通過銣和鈉元素?fù)诫s，可以降低晶體結(jié)構(gòu)的極化效應(yīng)，同時(shí)添加表面活性劑可以調(diào)節(jié)晶體結(jié)構(gòu)的形成以及碳包覆的均勻度和致密性，協(xié)同作用改善低溫下電池的放電性能。
9、進(jìn)一步地，所述聚氨酯樹脂為水溶性聚氨酯樹脂，固含量30±1wt％，粘度為60-85cps。
10、進(jìn)一步地，所述步驟(2)中用研磨機(jī)將混合料a進(jìn)行研磨至粒徑d50為0.2-0.3μm。
11、進(jìn)一步地，所述步驟(4)中用研磨機(jī)將混合料b進(jìn)行研磨至粒徑d50為0.2-0.3μm。
12、進(jìn)一步地，所述端基含s?i-h鍵的聚硅氧烷中s?i-h鍵的摩爾數(shù)為1.2-1.4mmo?l/g。
13、進(jìn)一步地，所述改性氧化石墨烯的制備方法為：
14、(1)將1質(zhì)量份的氧化石墨烯和17-19質(zhì)量份18-20wt％氨水混合，30℃下攪拌反應(yīng)10-15h，升溫至65℃下反應(yīng)10-14h，過濾、洗滌、真空干燥，得到氨基化氧化石墨烯；
15、(2)將1質(zhì)量份的氨基化氧化石墨烯、1.3-1.4質(zhì)量份的3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、7-8質(zhì)量份50wt％異丙醇的水溶液、2-3質(zhì)量份2.5mo?l/l的鹽酸水溶液混合，0℃條件下滴加4-5質(zhì)量份0.7mo?l/l過硫酸銨水溶液，攪拌反應(yīng)9-10h，過濾、洗滌，真空干燥后，得到改性氧化石墨烯。
16、所述氧化石墨烯的片徑為0.4-0.8μm。
17、進(jìn)一步地，所述聚山梨酯為吐溫-60；所述烷基酚聚氧乙烯醚為十二烷基酚聚氧乙烯醚。
18、為了改性超低溫磷酸鐵鋰復(fù)合材料在脫嵌鋰過程中磷酸鐵與磷酸鐵鋰兩相界面處晶格匹配度，改善磷酸鐵鋰電池在低溫下的循環(huán)穩(wěn)定性，本專利技術(shù)使用磷酸鑭和葡萄糖進(jìn)行二次包覆，但是發(fā)現(xiàn)磷酸鑭包覆的并不均勻，對改善低溫下的循環(huán)穩(wěn)定性效果并不理想。專利技術(shù)人試圖通過添加氧化石墨烯改善體系的分散性，但是氧化石墨烯與其余組分的相容性也不佳，因此專利技術(shù)人進(jìn)一步將氧化石墨烯改性，提升了正極材料低溫下的循環(huán)穩(wěn)定性。猜測是引入的表面基團(tuán)的使體系的相容度更好，磷酸鑭和碳同時(shí)對金屬摻雜-碳包覆磷酸鐵鋰包覆的均勻性更好。
19、本專利技術(shù)還提供了上述制備方本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述改性烯丙醇聚氧乙烯醚的制備方法為：將30-35質(zhì)量份端基含Si-H鍵的聚硅氧烷和7-10份烯丙醇聚氧乙烯醚混合均勻，升溫至80-100℃攪拌反應(yīng)50-60min，繼續(xù)加入3-5質(zhì)量份氯鉑酸和5-6質(zhì)量份2,3-二甲基馬來酸酐混合均勻，升溫至85-90℃，反應(yīng)3-5h，冷卻至室溫，得到改性烯丙醇聚氧乙烯醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述聚氨酯樹脂為水溶性聚氨酯樹脂，固含量30±1wt％，粘度為60-85cps。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中用研磨機(jī)將混合料A進(jìn)行研磨至粒徑D50為0.2-0.3μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中用研磨機(jī)將混合料B進(jìn)行研磨至粒徑D50為0.2-0.3μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述改性氧化石墨烯的制備方法為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的片徑為0.4-0.8μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述聚山梨酯為吐溫-60；所述烷基酚聚氧乙烯醚為OP-12。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法制得的耐低溫磷酸鐵鋰正極材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述改性烯丙醇聚氧乙烯醚的制備方法為：將30-35質(zhì)量份端基含si-h鍵的聚硅氧烷和7-10份烯丙醇聚氧乙烯醚混合均勻，升溫至80-100℃攪拌反應(yīng)50-60min，繼續(xù)加入3-5質(zhì)量份氯鉑酸和5-6質(zhì)量份2,3-二甲基馬來酸酐混合均勻，升溫至85-90℃，反應(yīng)3-5h，冷卻至室溫，得到改性烯丙醇聚氧乙烯醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述聚氨酯樹脂為水溶性聚氨酯樹脂，固含量30±1wt％，粘度為60-85cps。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中用研磨機(jī)將混合料a進(jìn)行研磨至粒徑d50為0.2-0.3μm。
<...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：樊長秋，劉鴻洋，劉春燕，
申請(專利權(quán))人：廈門興榮鋰源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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