具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用微波法合成具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO4的方法，前期原料混合采用固液結(jié)合，同時加入去純凈水進行混合形成膏狀前驅(qū)體，可以使前期原料混合的均勻，利用微波熱處理制備前驅(qū)體，然后加入鋁粉混合后進行研磨，然后放入模具，置于微波加壓合成裝置中進行微波加壓合成。本發(fā)明通過二次加壓進行微波熱處理，更有利于LiFePO4的合成，工藝簡化，降低生產(chǎn)成本，同時微波加熱速度快、無污染，得到的產(chǎn)品質(zhì)量好，成品率高；在合成過程中不用惰性氣體保護，降低了工藝對設(shè)備的要求，有利于生產(chǎn)；不會產(chǎn)生大量的氮氧化合物等有害氣體，無污染，非常有利于環(huán)保。
【專利說明】具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極活性物質(zhì)的制備方法，特別是涉及一種利用微波法合成具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]磷酸鐵鋰鋰離子電池是用磷酸鐵鋰(LiFePO4，簡稱LFP)材料作電池正極的鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池的主要優(yōu)勢:首先是使用安全，磷酸根化學(xué)鍵的結(jié)合力比傳統(tǒng)的過渡金屬氧化物結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵強，所以結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并且不易釋放氧氣，磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，磷酸鐵鋰電池是目前全球唯一絕對安全的鋰離子電池，在高溫下的穩(wěn)定性可達400-500°C，保證了電池內(nèi)在的高安全性，不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒；其次該電池壽命超長，循環(huán)使用次數(shù)高，在室溫下IC充放電循環(huán)2000次，容量保持率80%以上，是目前鋰離子電池的2倍以上，同時該電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒(SGS認證通過)，無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池。
[0004]但由于LiFePO4本身晶體結(jié)構(gòu)的限制，離子電導(dǎo)率低，高倍率充放電性能差，電極材料振實密度低，易團聚，使得電池體積能量密度降低。傳統(tǒng)電極結(jié)構(gòu)由集流體及附著于其上的電極材料層組成，集流體主要是由鋁箔等在一定電化學(xué)窗口下穩(wěn)定且導(dǎo)電性良好的金屬構(gòu)成；電極材料層主要是由活性物質(zhì)、導(dǎo)電添加劑和粘合劑構(gòu)成，導(dǎo)電添加劑通常為乙炔黑，通過其與活性物質(zhì) 顆粒尺度上有效接觸，實現(xiàn)集流體和活性物質(zhì)之間有效的電接觸，從而實現(xiàn)較好的導(dǎo)電性。在充放電過程中，電解液中鋰離子通過液相輸運到達活性物質(zhì)表面，電子通過外部電路一集流體一乙炔黑到達活性物質(zhì)表面，從而實現(xiàn)在界面處的電荷轉(zhuǎn)移。但是活性物質(zhì)顆粒內(nèi)部的電荷輸運只能由其自身性質(zhì)決定，一旦活性物質(zhì)種類確定后，材料的電導(dǎo)率將無法改變。對于LiFePO4而言，顆粒尺寸較大，離子傳輸路徑相對較長，材料的倍率性能在一定程度上受到限制。
[0005]如果采用離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電極，不但可以實現(xiàn)活性物質(zhì)與電解液及導(dǎo)電添加劑在微米尺度的有效接觸，而且還可以在二次微米顆粒內(nèi)部調(diào)控離子和電子電導(dǎo)，形成高效混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而可以實現(xiàn)離子和電子快速輸運與存儲。
[0006]將鋁粉等金屬與LiFePO4合成具有離子電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，可實現(xiàn)離子和電子的高速輸運。在這種材料中，于LiFePO4可以將納米顆粒均勻地鑲嵌在離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，開發(fā)出倍率性能優(yōu)異的復(fù)合正極材料。這樣LiFePO4納米粒子均勻地分散于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之中，避免了納米級LiFePO4顆粒的團聚，增強了電極材料的成膜性能，改善了整個體系的電子傳輸性能；如果作為鋰離子電池正極材料將極大地提高電池的功率密度。
[0007]放電等離子燒結(jié)法是用于制備功能材料較先進的燒結(jié)技術(shù)之一，廣泛用于納米材料、磁性材料、電子材料、精細陶瓷、非晶合金、硬質(zhì)合金和復(fù)合材料的快速、高品位燒結(jié)，是新型功能材料研究開發(fā)和生產(chǎn)的理想方法。但是，放電等離子燒結(jié)法一般采用開關(guān)脈沖直流通電的加熱方式，需要較大的電流才能使材料自身直接加熱進行燒結(jié)。該方法不但對設(shè)備的要求較高，而且對導(dǎo)電性能不好的材料，無法通過大電流而完成燒結(jié)；同時，大電流通過電極壓頭到達模具時，使電極壓頭產(chǎn)生較大的熱損耗而被損壞，而且存在因模具過熱而損壞電極壓頭上的真空密封等問題。
[0008]微波加熱過程是物體通過吸收電磁能發(fā)生的自加熱過程，是一種體加熱方式。由于微波能直接被樣品吸收，所以在短時間內(nèi)樣品可以被均勻快速地加熱。其優(yōu)點是節(jié)能，力口熱速度快，無污染，樣品晶粒細化、結(jié)構(gòu)均勻，可以精確控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池正極材料LiFePO4離子電導(dǎo)率低、高倍率充放電性能差、電極材料振實密度低、易團聚、電池體積能量密度低等缺點，提供一種混合均勻、反應(yīng)時間短、工藝過程簡單、能耗低、成本低、可廣泛適用于工業(yè)化生產(chǎn)的LiFePO4的制備方法，制得的正極材料離子電導(dǎo)率高、高倍率充放電性能好、電極材料振實密度高等優(yōu)點。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，包括以下步驟:
(1)將Li2C03、Fe203、磷酸中的L1、Fe、P按摩爾比1:0.95?0.98:0.98?1.02的比例分別計量，在磷酸中加入純凈水，配制成70?75 wt %磷酸溶液；向磷酸溶液中加入其重量8?12%的檸檬酸、8?12%的葡萄糖，攪拌均勻，制備出檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液；
(2)將Li2CO3緩慢加入到步驟(I)的檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液中，攪拌均勻，然后緩慢加入Fe2O3，攪拌均勻得到膏狀混合物，陳化20?25小時；
(3)將陳化后的膏狀混合物置于非金屬器皿中，放入微波爐中經(jīng)微波熱處理，自然冷卻后得到前驅(qū)體；
(4)將前驅(qū)體粉碎成150?200目的顆粒，然后加入其質(zhì)量5?10%的金屬鋁粉，一起置于膠輥磨中研磨6?8小時，得到前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物；
(5)將前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物放入模具中，并置于微波加壓合成裝置中進行微波加壓預(yù)處理；
(6)在密閉狀態(tài)下進行微波加壓合成，制備出具有離子電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO4材料。
[0011]所述Li2COpFe2O3、金屬鋁粉的粒度為190?220目；所用磷酸的質(zhì)量濃度為85%。
[0012]所述非金屬器皿中為碳化硅坩堝、石墨坩堝、氧化鋁坩堝或紙質(zhì)坩堝。
[0013]所述微波熱處理是利用微波以每分鐘3?8°C的速率升溫至200?230°C，并在此溫度下保持15?25分鐘。
[0014]所述微波加壓預(yù)處理時的設(shè)定壓力為2?5MPa，微波加熱以每分鐘10?20°C的速率升溫至300?400°C，并在此溫度下保持5?10分鐘；所述微波加壓合成時的設(shè)定壓力為20?40MPa，微波以每分鐘30?50°C的速率快速升溫至660?720°C，并在此溫度下保持15?25分鐘。[0015]所述模具為高強度氧化鋁模具；所述微波加壓合成裝置為密閉的裝置，微波功率為8~15KW。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明的前期原料混合采用固液原料混合，同時加入去純凈水混合形成膏狀前驅(qū)體，可以使前期原料混合的更均勻，尤其是金屬摻雜更容易。
[0017](2)本發(fā)明采用前驅(qū)體與金屬鋁粉混合后進行研磨，使得前驅(qū)體的形成更加均勻。
[0018](3)本發(fā)明利用微波進行加熱，微波能直接被物料吸收，所以在短時間內(nèi)樣品可以被均勻快速加熱，使得物料晶粒細化、結(jié)構(gòu)均勻，可以精確控制。
[0019](4)本發(fā)明采用二次加壓方法合成，先使用較小壓力，開啟較小功率的微波，在微波作用下材料自身發(fā)熱的同時粉末粒子間隙發(fā)生微等離子體放電，使材料粒子表面的不純物質(zhì)蒸發(fā)出去；然后二次加壓至較高壓力，開啟較大功率微波，材料在自身快速升溫的同時，粉末粒子間隙發(fā)生強度更大的微等離子體放電，快速升溫至合成溫度。這種二次加壓的方法進行微波熱處理，有利于提高合成效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0020](5)本發(fā)明在燒結(jié)過程中不用惰性氣體保護，降低了工藝對設(shè)備的要求，有利于生產(chǎn)；在燒結(jié)過程不會產(chǎn)生大量的氮氧化合物等有害氣體，無污染，非常有利于環(huán)保。
[0021](6)本發(fā)明采用的微波加壓合成裝置，能保證微波場強度的均勻性、連續(xù)性，能最大限度地降低被燒結(jié)區(qū)域的溫度梯度，結(jié)構(gòu)簡單，熱效率高；爐體與爐蓋之間設(shè)有橡膠密封圈和銅網(wǎng)帶微波屏蔽圈構(gòu)成的密封屏蔽圈，能有效防止合成過程中原料的氧化損失和微波輻射，提高合成過程的熱效率及產(chǎn)物純度和均勻度。
[0022]本發(fā)明的產(chǎn)品振實密度可達2.0~2.5g/cm3，按下述工藝制作正極片，以檢測產(chǎn)品的性能。
[0023]首先將PVDF和NMP進行混合，配置成8wt %的溶液，采用高速分散機混合，使用公轉(zhuǎn)35轉(zhuǎn)/分、自轉(zhuǎn)1500轉(zhuǎn)/分的速度攪拌I小時，加入導(dǎo)電碳材料，提高自轉(zhuǎn)速度至2000轉(zhuǎn)/分，攪拌I小時^ALiFePO4,自轉(zhuǎn)2000轉(zhuǎn)/分以上的速度攪拌3小時，再加入溶劑NMP調(diào)整溶液的粘度，最終得到溶液的比例如下=LiFePO4:導(dǎo)電碳:PVDF:NMP = 100:1:3:70。將以上溶液靜置2小時后使用。將正極漿料均勻地涂布在厚度0.020mm的鋁箔上，采用80~150°C的大量熱風(fēng)循環(huán)烘干。涂布的面密度為180g/m2，精度在4g/m2以內(nèi)。將以上極片采用300噸的壓力進行輥壓，將極片壓實，密度達到3.7g/cm3，并裁切成寬度55mm、長度1350mm的長條形正極片。
[0024]將正極片與石墨負極片卷繞成26650電池，測得的首次放電容量(10C)為96.6mAh/g, 10次循環(huán)后為90.8mAh/g ；26650電池容量(IOC放電)可達2600~2800mAh，內(nèi)阻15毫歐左右，可進行IOC以上的持續(xù)放電。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明中的微波加壓合成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中密封屏蔽圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，I為加壓裝置，2為微波管,3為過渡波導(dǎo),4為爐體，5為爐蓋,6為測溫元件,7為觀察孔，8為控制裝置，9為進氣、排氣口，10為保溫材料，11為模具，12為橡膠密封圈，13為銅網(wǎng)帶微波屏蔽圈，14為合成材料，15為爐底，16為密封屏蔽圈，1-1為液壓裝置，1-2為上壓頭，1-3為下壓頭，1-4為壓力傳感器。
[0026]圖3為本發(fā)明方法制備的LiFePO4的掃描電鏡圖；
從圖3中可以看出，LiFePO4以球形結(jié)構(gòu)存在,無團聚現(xiàn)象。
[0027]圖4為本發(fā)明方法制備的LiFePO4的XRD圖。
[0028]從樣品的X射線衍射譜可以發(fā)現(xiàn)，衍射峰對應(yīng)d值與標(biāo)準(zhǔn)的衍射卡JCPDS 74-0375中的譜線一致，表明所制備的樣品具有橄欖石晶型結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系的空間群；其中Al以金屬鋁的形式存在，起到導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的作用。
【具體實施方式】
[0029]實施例一:一種具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，包括以下步驟:
(1)將Li2C03、Fe203、磷酸中的L1、Fe、P按I:0.95~0.98:0.98~1.02的摩爾比分別計量,在磷酸中加入純凈水配制成70~75 wt%的磷酸溶液；向磷酸溶液中加入其重量8~12%的檸檬酸、8~12%的葡萄糖，攪拌均勻，制備出檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液；
(2)將Li2CO3緩慢加入到步驟(1)的檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液中，攪拌均勻，然后緩慢加入Fe2O3，攪拌均勻得到膏狀混合物，陳化20~25小時；
(3)將陳化后的膏狀混合物置于非金屬器皿中，放入微波爐中經(jīng)微波熱處理，微波以每分鐘3~8°C的速率升溫至200~230°C，并在此溫度下保持15~25分鐘；自然冷卻后得到前驅(qū)體；
(4)將前驅(qū)體粉碎成150~200目的顆粒，然后加入其質(zhì)量5~10%的金屬鋁粉，一起置于膠輥磨中研磨6~8小時，得到前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物；
(5)將前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物放入高強度氧化鋁模具中，并置于微波加壓合成裝置中進行微波加壓預(yù)處理；微波加壓合成裝置為密閉裝置，微波功率為8~15KW ;微波加壓預(yù)處理時的設(shè)定壓力為2~5MPa，微波加熱以每分鐘10~20°C的速率升溫至300~400°C，并在此溫度下保持5~10分鐘；
(6)然后在密閉狀態(tài)下進行微波加壓合成，設(shè)定壓力為20~40MPa，微波以每分鐘30~50°C的速率快速升溫至660~720°C，并在此溫度下保持15~25分鐘；自然冷卻至室溫，制備出具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO415得到產(chǎn)品的掃描電鏡圖、XRD圖見圖3、圖4。
[0030]其中Li2C03、Fe2O3、金屬鋁粉的粒度為190~220目；所用磷酸質(zhì)量濃度為85%。
[0031]實施例二:一種具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，包括以下步驟:
(1)將1^20)3、？6203、磷酸中的1^、？6、卩按1:0.95:0.98的摩爾比分別計量，在磷酸中加入純凈水,配制成70wt%的磷酸溶液；向磷酸溶液中加入其重量8%的檸檬酸、12%的葡萄糖，攪拌均勻，制備出檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液；
(2)將Li2CO3緩慢加入到所述的檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液中，攪拌均勻，然后緩慢加入Fe2O3，攪拌均勻得到膏狀混合物，陳化20小時；
(3)將陳化后的膏狀混合物置于非金屬器皿中，放入微波爐中經(jīng)微波熱處理，自然冷卻后得到前驅(qū)體；其中微波熱處理是利用微波以每分鐘3°C的速率升溫至200°C，并在此溫度下保持25分鐘；
(4)將前驅(qū)體粉碎成150~200目的顆粒，然后加入其質(zhì)量5%的金屬鋁粉，一起置于膠輥磨中研磨6~8小時，得到前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物；
(5)將所述混合物放入模具中，并置于微波加壓合成裝置中進行微波加壓預(yù)處理；微波加壓合成裝置為密閉裝置，微波功率為8KW ;微波加壓預(yù)處理時的設(shè)定壓力為2~5MPa，微波加熱以每分鐘10~20°C的速率升溫至300~400°C，并在此溫度下保持5~10分鐘；
(6)在密閉狀態(tài)下進行微波加壓合成，設(shè)定壓力為20~40MPa，微波以每分鐘30~50°C的速率快速升溫至660~720°C，并在此溫度下保持15~25分鐘；
經(jīng)自然冷卻至室溫，制備出具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO40
[0032]其中Li2C03、Fe2O3、金屬鋁粉的粒度為190~220目；所用磷酸質(zhì)量濃度為85%。
[0033]所述微波加壓合成裝置的結(jié)構(gòu)參見圖1、圖2，該裝置包括爐體(4)、爐蓋(5)、加壓裝置(I)和微波加熱系統(tǒng)，爐體(4)內(nèi)部為爐膛，爐蓋(5)置于爐膛上部，所述加壓裝置(I)包括液壓裝置(1-1)、上壓頭(1-2)、下壓頭(1-3)、模具(11)和壓力傳感器(1-4)，上壓頭(1-2)、下壓頭(1-3)和模具(11)位于爐膛內(nèi)，模具(11)周圍包裹有保溫材料(10)；
微波加熱系統(tǒng)包括微波管(2)、過渡波導(dǎo)(3)和控制裝置(8)，微波管(2)和過渡波導(dǎo)
(3)連接，微波管(2)沿爐體(4)四周均勻布置，過渡波導(dǎo)(3)伸入爐膛內(nèi)，爐體(4)側(cè)面設(shè)有伸入爐膛模具內(nèi)的測 溫元件(6)，所述測溫元件(6)的輸出信號連接控制裝置(8)，控制裝置(8)的輸出信號連接微波管(2);爐體(4)和爐蓋(5)之間設(shè)有密封屏蔽圈(16)，該密封屏蔽圈(16)由外層的橡膠密封圈(12)和內(nèi)層的銅網(wǎng)帶微波屏蔽圈(13)構(gòu)成。
[0034]所述爐膛為圓筒形，爐蓋(5)和爐底(15)為球冠形，爐蓋(5)、爐底(15)分別與爐膛的上、下端相匹配；所述爐蓋(5)或爐體(4)上設(shè)有連通爐膛的觀察孔(7)和至少一組進氣、排氣口(9);所述控制裝置(8)采用PLC程序控制器，測溫元件(6)采用紅外測溫儀或熱電偶，測溫元件(6)的輸出信號接入PLC程序控制器；所述爐體(4)和爐蓋(5)為不銹鋼材質(zhì)，上壓頭(1-2)、下壓頭(1-3)由氧化鋁陶瓷制成；模具(11)由高強氧化鋁材料制成。
[0035]實施例三:同實施例二基本相同，不同之處在于:
(1)將1^20)3、？6203、磷酸中的1^、？6、卩按1:0.98:1.02的摩爾比分別計量，在磷酸中加入純凈水,配制成75 wt%的磷酸溶液；向磷酸溶液中加入其重量12%的檸檬酸、8%的葡萄糖，攪拌均勻，制備出檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液；
(2)將Li2CO3緩慢加入到所述的檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液中，攪拌均勻，然后緩慢加入Fe2O3，攪拌均勻得到膏狀混合物，陳化20~25小時；
(3)將陳化后的膏狀混合物置于非金屬器皿中，放入微波爐中經(jīng)微波熱處理，自然冷卻后得到前驅(qū)體；其中微波熱處理是利用微波以每分鐘8°C的速率升溫至230°C，并在此溫度下保持15分鐘；
(4)將前驅(qū)體粉碎成150~200目的顆粒，然后加入其質(zhì)量10%的金屬鋁粉，一起置于膠輥磨中研磨6~8小時，得到前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物；
(5)將前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物放入高強度氧化鋁模具中，并置于微波加壓合成裝置中進行微波加壓預(yù)處理；微波加壓合成裝置中的微波功率為15KW ;微波加壓預(yù)處理時設(shè)定壓力為5MPa，微波加熱以每分鐘20°C的速率升溫至400°C，并在此溫度下保持5分鐘； (6)然后在密閉狀態(tài)下進行微波加壓合成，設(shè)定壓力為40MPa，微波以每分鐘50°C的速率快速升溫至720°C，并在此溫度下保持15分鐘；最后冷卻至室溫，制備出具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFeP04。
[0036]實施例四:同實施例二基本相同，不同之處在于:
(1)將Li2CO3'Fe2O3、磷酸中的L1、Fe、P按1:0.97:1.0的摩爾比分別計量，在磷酸中加入純凈水,配制成72 wt%的磷酸溶液；向磷酸溶液中加入其重量10%的檸檬酸、10%的葡萄糖，攪拌均勻，制備出檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液；
(2)將Li2CO3緩慢加入到步驟(I)的檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液中，攪拌均勻，然后緩慢加入Fe2O3，攪拌均勻得到膏狀混合物，陳化22小時；
(3)將陳化后的膏狀混合物置于非金屬器皿中，放入微波爐中經(jīng)微波熱處理，自然冷卻后得到前驅(qū)體；其中微波熱處理是利用微波以每分鐘5°C的速率升溫至220°C，并在此溫度下保持20分鐘；
(4)將前驅(qū)體粉碎成150?200目的顆粒，然后加入其質(zhì)量8%的金屬鋁粉，一起置于膠輥磨中研磨7小時，得到前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物；
(5)將所述的混合物放入高強度氧化鋁模具中，并置于微波加壓合成裝置中進行微波加壓預(yù)處理；微波加壓合成裝置為密閉的裝置，微波功率為IOKW ;微波加壓預(yù)處理時設(shè)定壓力為3MPa，微波加熱以每分鐘15°C的速率升溫至360°C，并在此溫度下保持8分鐘；
(6)在密閉狀態(tài)下進行微波加壓合成，設(shè)定壓力為30MPa，微波以每分鐘40°C的速率快速升溫至700°C，并在此溫度下保持20分鐘；經(jīng)自然冷卻至室溫，制備出具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO415
【權(quán)利要求】
1.一種具有離子、電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，其特征是: (1)將Li2C03、Fe203、磷酸中的L1、Fe、P按摩爾比1:0.95~0.98:0.98~1.02的比例分別計量，在磷酸中加入純凈水，配制成70~75 wt %磷酸溶液；向磷酸溶液中加入其重量8~12%的檸檬酸、8~12%的葡萄糖，攪拌均勻，制備出檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液； (2)將Li2CO3緩慢加入到步驟(1)的檸檬酸、葡萄糖、磷酸的水溶液中，攪拌均勻，然后緩慢加入Fe2O3，攪拌均勻得到膏狀混合物，陳化20~25小時； (3)將陳化后的膏狀混合物置于非金屬器皿中，放入微波爐中經(jīng)微波熱處理，自然冷卻后得到前驅(qū)體； (4)將前驅(qū)體粉碎成150~200目的顆粒，然后加入其質(zhì)量5~10%的金屬鋁粉，一起置于膠輥磨中研磨6~8小時，得到前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物； (5)將前驅(qū)體與金屬鋁粉的混合物放入模具中，并置于微波加壓合成裝置中進行微波加壓預(yù)處理； (6)在密閉狀態(tài)下進行微波加壓合成，制備出具有離子電子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料LiFe PO4材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，其特征是:所述Li2C03、Fe203、金屬鋁粉的粒度為190~220目；所用磷酸的質(zhì)量濃度為85%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，其特征是:所述非金屬器皿中為碳化硅坩堝、石墨坩堝、氧化鋁坩堝或紙質(zhì)坩堝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，其特征是:所述微波熱處理是利用微波以每分鐘3~8°C的速率升溫至200~230°C，并在此溫度下保持15~25分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，其特征是:所述微波加壓預(yù)處理時的設(shè)定壓力為2~5MPa，微波加熱以每分鐘10~20°C的速率升溫至300~400°C，并在此溫度下保持5~10分鐘；所述微波加壓合成時的設(shè)定壓力為20~40MPa，微波以每分鐘30~50°C的速率快速升溫至660~720°C，并在此溫度下保持15~25分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備方法，其特征是:所述模具為高強度氧化鋁模具；所述微波加壓合成裝置為密閉的裝置，微波功率為8~15KW。
【文檔編號】H01M4/58GK104022284SQ201410278090
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】劉新保, 賈曉林, 陳晨, 劉宇飛 申請人:鄭州德朗能微波技術(shù)有限公司