一種金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法
【專利摘要】一種金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法，該方法得到的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰振實密度高，放電容量高，制備得到的電池低溫性能優(yōu)異。使用LiOH·H2O、Fe（NO3）3·9H2O、NH4H2PO4、檸檬酸、Nb2O5作為原料水熱反應(yīng)得到前軀體I；前軀體與竹纖維一并球磨，取出得到前軀體，以去離子水為體系制成漿料，取出漿料噴霧干燥，獲得干燥料；對該干燥料進行煅燒得到Nb摻雜的LiFePO4/C微球，微球粒徑為15～40μm。本發(fā)明通過在磷酸鐵鋰中摻雜Nb，制備的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰一次粒徑較小，放電比容量大，能夠有效地解決此材料制備電池低溫性能較差的問題，水熱合成條件簡單，得到的產(chǎn)物形貌均一，并通過行星球磨，使得原料混合均勻，竹纖維的加入有效增大了產(chǎn)品的放電容量。
【專利說明】一種金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在社會高速發(fā)展的今天，汽車能源需求增長迅速，而燃煤等傳統(tǒng)能源原料儲量不足，燃料電池使用氫氣發(fā)電也難于實現(xiàn)，從能源角度來講只能走電動車這條路，而動力電池是電動汽車的核心設(shè)備，從而鋰離子電池的發(fā)展成為必然。
[0003]1997年，Goodenough等人首次報道了具有橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子，其理論比容量為170mAh.g_\具有3.5V的電壓平臺，且原材料來源豐富，無毒，對環(huán)境友好，因此被認為是鋰離子電池理想的正極材料。近年來，隨著人們對LiFePO4的結(jié)構(gòu)、合成、充放電機制等研究的深入，該類材料已接近實用水平，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料之一。
[0004]本申請通過簡單的水熱法并以廉價的三價鐵鹽作為原料合成介孔LiFeP04/C微球。這種結(jié)構(gòu)的微球可以緊密地堆積一起，大大提高LiFeP04/C的振實密度。同時，一次納米顆粒較大的比表面積和較短的電子和離子的傳導(dǎo)路徑可以提高其電化學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法，該方法得到的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰振實密度高，放電容量高，制備得到的電池低溫性能優(yōu)異。
[0006]一種該金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟:
[0007]將LiOH.H2O:Fe (NO3) 3.9H20 =NH4H2PO4:檸檬酸:Nb2O5 按摩爾比 I ?1.1:1 ?
1.1:1?1.1:1?1.1:0.5?0.55溶于去離子水中，攪拌至形成透明溶液,然后將其倒入高壓反應(yīng)釜中以180°C水熱反應(yīng)10h，取出干燥，得到前軀體I ;
[0008]前軀體/C的合成:按前軀體I與質(zhì)量比為12%?25%的碳源竹纖維一并放入球磨罐中，使用無水乙醇作為介質(zhì)，在行星式球磨機上以300?400r/min的轉(zhuǎn)速球磨,取出得到前軀體II ;
[0009]以去離子水為體系在IOL攪拌磨中對前驅(qū)體II進行研磨混勻，調(diào)整該漿料的固體含量保持在35%?40%間，研磨混勻時間為lh，取出漿料噴霧干燥，獲得干燥料；
[0010]對該干燥料于氮氣保護下500°C保溫2h，再以2V /min的升溫速率到800°C保溫18?24h，冷卻到室溫冷卻后得到Nb摻雜的LiFeP04/C微球，微球粒徑為15?40 μ m。
[0011]本發(fā)明通過在磷酸鐵鋰中摻雜Nb，制備的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰一次粒徑較小，放電比容量較大，能夠有效地解決此材料制備電池低溫性能較差的問題，水熱合成條件簡單，得到的產(chǎn)物形貌均一，并通過行星球磨，使得原料混合均勻，竹纖維的加入有效增大了產(chǎn)品的放電容量?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1制得的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰的SEM照片，
[0013]圖2為實施例2制得的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰的SEM照片；
[0014]圖3為實施例2制得的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰的充放電曲線。
【具體實施方式】
[0015]實施例1:
[0016]將LiOH.H2O:Fe (NO3) 3.9Η20 =NH4H2PO4:檸檬酸=Nb2O5 按摩爾比 1:1:1:1:0.5 溶于去離子水中，攪拌至形成透明溶液，然后將其倒入高壓反應(yīng)釜中以180°C水熱反應(yīng)10h，取出干燥，得到前軀體I ;
[0017]前軀體/C的合成:按前軀體與質(zhì)量比為21%的碳源竹纖維一并放入球磨罐中，使用無水乙醇作為介質(zhì)，在行星式球磨機上以320r/min的轉(zhuǎn)速球磨，取出得到前軀體II ；
[0018]以去離子水為體系在IOL攪拌磨中對前驅(qū)體II進行研磨混勻，調(diào)整該漿料的固體含量保持在36%，研磨混勻時間為lh，取出漿料噴霧干燥，獲得干燥料；
[0019]對該干燥料于氮氣保護下500°C保溫2h，再以2°C /min的升溫速率800°C保溫20h，冷卻到室溫，得到Nb摻雜的LiFeP04/C微球。
[0020]實施例2:
[0021]將LiOH.H2O:Fe (NO3)3.9Η20 =NH4H2PO4:檸檬酸=Nb2O5 按摩爾比 1:1:1:1:0.55 溶于去離子水中，攪拌至形成透明溶液，然后將其倒入高壓反應(yīng)釜中以180°C水熱反應(yīng)10h，取出干燥，得到前軀體I ;
[0022]前軀體/C的合成:按前軀體與質(zhì)量比為23%的碳源竹纖維一并放入球磨罐中，使用無水乙醇作為介質(zhì)，在行星式球磨機上以380r/min的轉(zhuǎn)速球磨，取出得到前軀體II ；
[0023]以去離子水為體系在IOL攪拌磨中對前驅(qū)體II進行研磨混勻，調(diào)整該漿料的固體含量保持在39%，研磨混勻時間為lh，取出漿料噴霧干燥，獲得干燥料；
[0024]對該干燥料于氮氣保護下500°C保溫2h，再以2°C /min的升溫速率800°C保溫24h，冷卻到室溫后，得到Nb摻雜的LiFeP04/C微球。
[0025]圖3為實施例2得到的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰的充放電曲線，圖中實線為0.1C時的放電曲線，虛線為5C時的放電曲線。所得樣品在0.1C時的放電容量高達147mAh/g、電位平臺穩(wěn)定、極化程度較低。在5C放電時的放電容量為132mAh/g，電位平臺高達3.3V左右。這表明所制備的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰具有良好的電化學(xué)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法，其特征在于，包含如下步驟:
(1)、將LiOH.H2O:Fe (NO3) 3 * 9H20 =NH4H2PO4:檸檬酸=Nb2O5 按摩爾比 I ~1.1:1 ~1.1:1~1.1:1~1.1:0.5~0.55溶于去離子水中，攪拌至形成透明溶液,然后將其倒入高壓反應(yīng)釜中以180°C水熱反應(yīng)10h，取出干燥，得到前軀體I ; (2)、前軀體/C的合成:按前軀體I與質(zhì)量比為12%~25%的碳源竹纖維一并放入球磨罐中，竹纖維長度為7~9mm,使用無水乙醇作為介質(zhì),在行星式球磨機上以300~400r/min的轉(zhuǎn)速球磨,取出得到前軀體II ； (3)、以 去離子水為溶劑，在IOL攪拌磨中對前驅(qū)體II進行研磨混勻，調(diào)整該混勻漿料的固體含量保持在35%~40%間，研磨混勻時間為lh，取出漿料噴霧干燥，獲得干燥料； (4)、對該干燥料于氮氣保護下500°C保溫2h，再以2°C/min的升溫速率到800°C保溫18~24h，冷卻到室溫冷卻后得到LiFeP04/C微球，微球粒徑為15~40 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法，其特征在于步驟(2)的球磨時間為2h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法，其特征在于步驟(3)的固體含量為37%~39%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬摻雜碳包覆磷酸鐵鋰微球的制備方法，其特征在于步驟(4)中在800。。保溫19~20h。
【文檔編號】H01M4/58GK103618085SQ201310652264
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】董彬, 常志東, 李文軍, 周花蕾, 孫長艷 申請人:北京科技大學(xué)