一種球磨-高溫煅燒法制備復(fù)合電極材料的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電極材料，特別涉及一種利用球磨-高溫煅燒法制備添加Co的LiF eP(k復(fù)合電極材料的工藝，屬于電池領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究，由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟脤?duì)環(huán)境要求非常高，所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。但是，鋰電池多數(shù)是二次電池，也有一次性電池。少數(shù)的二次電池的壽命和安全性比較差。后來(lái)，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
[0003]在鋰離子電池的組成中，正極材料對(duì)其電化學(xué)性能、安全性能乃至未來(lái)的發(fā)展方向起著決定性作用。目前常見的鋰離子電池正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰等。其中，LiCoO2結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，電化學(xué)性能優(yōu)異，是目前已商品化比較成熟的正極材料，但是這種材料的抗過(guò)充電性能差，在較高的充電電壓比容量迅速下降；LiFePO4屬于較新的正極材料，1997年，Padhit等人提出橄欖石型LiFePO4正極材料，它具備原材料來(lái)源廣泛、成本低廉、無(wú)污染、安全性能高、所得材料無(wú)吸濕性等優(yōu)點(diǎn)，并且它有較高的比容量(理論比容量為170mAh/g，比能量為550Wh/kg )和較高的工作電壓(3.4V )，隨著溫度的升高，電池的比容量也會(huì)顯著提高，是比較理想的一種正極材料，但是由于自身的晶體結(jié)構(gòu)的缺陷，磷酸鐵鋰具有極低的電子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率，阻礙了其在商業(yè)化電池中的應(yīng)用。通過(guò)摻雜Co金屬，使LiFePO4晶格中摻雜少量金屬Co離子，可以彌補(bǔ)了離子擴(kuò)散速率低的缺點(diǎn)。
[0004]制備上述磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料，主要有高溫固相法、共沉淀法、溶膠凝膠法、噴霧熱解法等，其中高溫固相法一般先將計(jì)量比的鋰鹽、過(guò)渡金屬氧化物、乙酸鹽或氫氧化物均勻混合，然后高溫?zé)Y(jié)得到產(chǎn)物。但是該方法混合均勻程度有限，顆粒大小不均勻，影響材料性能。為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明在磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料高溫煅燒前，將合成原料通過(guò)球磨工藝，將其金屬顆粒充分粉末化，使在高溫固相過(guò)程中，金屬粒子反應(yīng)完全，在電極材料的制備工藝中具有良好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用球磨-高溫煅燒法制備復(fù)合電極材料的工藝。該制備工藝包括如下步驟:
(I)取適量的FeC2O4■ 2H20、Li2CO3'NH4H2PO4和Co，將其按照L1:P:Fe:Co=I:1:1-χ:χ(0.01 SXS 0.1)的比例混合； ⑵再取一球磨罐，將適量的混合的原料和蔗糖倒入罐中，再投入一定質(zhì)量比例的鋼球，然后用丙酮裝滿罐，將蓋蓋緊后，放置球磨機(jī)上球磨；
(3)球磨結(jié)束后，打開球磨罐，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末；
⑷將倒出的金屬粉末充分晾干；
(5)再將晾干的的粉末放置一高溫煅燒爐里；
(6)將高溫煅燒爐充滿氬氣后，進(jìn)行煅燒；
(7)將經(jīng)過(guò)煅燒處理的粉末拿出，冷卻即可得電極材料。
[0006]優(yōu)先地，在步驟⑵中，球料比為20:1，行星式球磨機(jī)速度控制300-400 r/min運(yùn)行。
[0007]優(yōu)先地，在步驟⑶中，用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨的時(shí)間為4_6h。
[0008]優(yōu)先地，在步驟(6)中，高溫煅燒溫度為600-700°C，時(shí)間控制在10_15h。
[0009]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和特性:
⑴制備工藝簡(jiǎn)單，易操作；
⑵流程短，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0010]實(shí)施例一:
取適量的FeC2O4■ 2H20、Li2C03、NH4H2P04和Co，將其按照L1: P: Fe: Co=1: 1: 0.99:0.1 的比例混合，再取一球磨罐，將適量5g的混合的原料和3g的蔗糖倒入罐中，再投入200g的鋼球，然后用丙酮溶液裝滿罐，將蓋蓋緊后放置球磨機(jī)上球磨，磨速度設(shè)置300 r/min，球磨6h后，停止球磨，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末，將金屬粉末充分晾干，再將晾干的的粉末放置一高溫煅燒爐里，將高溫煅燒爐充滿氬氣后，在600°C進(jìn)行煅燒15h，最后冷卻即可得電極材料。
[0011]實(shí)施例二:
取適量的FeC2O4 ■ 2H20、Li2CO3、NH4H2P04和Co，將其按照L1: P: Fe: Co=1:1: 0.95:0.05的比例混合，再取一球磨罐，將適量1g的混合的原料和5g的蔗糖倒入罐中，再投入400g的鋼球，然后用丙酮溶液裝滿罐，將蓋蓋緊后放置球磨機(jī)上球磨，磨速度設(shè)置400 r/min，球磨4h后，停止球磨，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末，將金屬粉末充分晾干，再將晾干的的粉末放置一高溫煅燒爐里，將高溫煅燒爐充滿氬氣后，在650°C進(jìn)行煅燒13h，最后冷卻即可得電極材料。
[0012]實(shí)施例三:
取適量的FeC2O4 ■ 2H20、Li2CO3、NH4H2P04和Co，將其按照L1: P: Fe: Co=1:1: 0.9:0.I 的比例混合，再取一球磨罐，將適量1g的混合的原料和5g的蔗糖倒入罐中，再投入400g的鋼球，然后用丙酮溶液裝滿罐，將蓋蓋緊后放置球磨機(jī)上球磨，磨速度設(shè)置400 r/min，球磨5h后，停止球磨，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末，將金屬粉末充分晾干，再將晾干的的粉末放置一高溫煅燒爐里，將高溫煅燒爐充滿氬氣后，在700°C進(jìn)行煅燒10h，最后冷卻即可得電極材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用球磨-高溫煅燒法制備復(fù)合電極材料的工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟: (I)取適量的FeC2O4■ 2H20、Li2C03、NH4H2P04和Co，將其按照L1:P:Fe:Co=I: I: l-χ:x(0.01SXS 0.1)的比例混合； ⑵再取一球磨罐，將適量的混合的原料和蔗糖倒入罐中，再投入一定質(zhì)量比例的鋼球，然后用丙酮裝滿罐，將蓋蓋緊后，放置球磨機(jī)上球磨； (3)球磨結(jié)束后，打開球磨罐，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末； ⑷將倒出的金屬粉末充分晾干； (5)再將晾干的的粉末放置一高溫煅燒爐里； (6)將高溫煅燒爐充滿氬氣后，進(jìn)行煅燒； (7)將經(jīng)過(guò)煅燒處理的粉末拿出，冷卻即可得電極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用球磨-高溫煅燒法制備復(fù)合電極材料的工藝，其特征在于，在步驟⑵中，球料比為20:1，行星式球磨機(jī)速度控制300-400 r/min運(yùn)行。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用球磨-高溫煅燒法制備復(fù)合電極材料的工藝，其特征在于，在步驟⑶中，用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨的時(shí)間為4-6h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用球磨-高溫煅燒法制備復(fù)合電極材料的工藝，其特征在于，在步驟(6)中，高溫煅燒溫度為600-700°C，時(shí)間控制在10-15h。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用球磨-高溫煅燒法制備復(fù)合電極材料的工藝。高溫固相法由于混合均勻程度有限，顆粒大小不均勻，影響材料性能。本發(fā)明在磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料高溫煅燒前，將合成原料通過(guò)球磨工藝，將其金屬顆粒充分粉末化，使在高溫固相過(guò)程中，金屬粒子反應(yīng)完全，在電極材料的制備工藝中具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01M4/58, H01M10/0525
【公開號(hào)】CN105514429
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510972828
【發(fā)明人】鄔石根
【申請(qǐng)人】鄔石根
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日