一種鋰電池正極材料及其制備方法和一種鋰電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰電池正極材料及其制備方法和一種鋰電池。該鋰電池正極材料具有如下通式：Li1+xFe1?xPO4,其中0.02≤X＜0.12。該鋰電池正極材料的制備方法，采用磷酸鐵、鋰化合物和球磨助劑為原料，采用了干法混合的生產(chǎn)工藝，不需要經(jīng)過干燥過程，能降低制造成本和生產(chǎn)能耗，與現(xiàn)有技術(shù)相比可有效節(jié)能。采用具有非化學(xué)計(jì)量比的鋰電池正極材料的鋰電池，具有極佳的電化學(xué)可逆性。
【專利說明】
一種鋰電池正極材料及其制備方法和一種鋰電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具鋰電池正極材料及其制備方法和一種鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002]已知堿金屬族離子化合物的橄欖石結(jié)構(gòu)，由于受結(jié)構(gòu)上的限制，整體的離子擴(kuò)散與電子傳導(dǎo)率不佳，為了改善這些不良的傳導(dǎo)率的問題，通常的作法會(huì)采取將材料微小化或摻雜其它金屬原子使分子能階降低。由于這些方法的條件不易控制，故制造成本相當(dāng)高。目前，工業(yè)上制造此類化合物均采用濕法，必須經(jīng)過干燥后才能進(jìn)行燒結(jié)，大大增加了能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了降低制造成本和生產(chǎn)能耗，本發(fā)明提出一種鋰電池正極材料及其制備方法和一種鋰電池。該鋰電池正極材料具有非化學(xué)計(jì)量比，適于用作電極活性物質(zhì)，特別適于用作鋰電池的正極活性物質(zhì)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采有的技術(shù)方案如下:
一種鋰電池正極材料，其特征在于:所述鋰電池正極材料具有如下通式:LimFe1-XPO4，其中 0.02 彡 Χ<0.12。
[0005]作為優(yōu)選方案之一，所述鋰電池正極材料具有通式:LiLo5FetL95PO^
[0006]作為優(yōu)選方案之一，所述鋰電池正極材料具有通式:Lh.0sFeo^PO^
[0007]上述鋰電池正極材料的制備方法，步驟如下:
A、按照摩爾比例稱取磷酸鐵、鋰化合物和球磨助劑，采用干法球磨制得反應(yīng)前驅(qū)體；
B、將該反應(yīng)前驅(qū)體于惰性氣體存在的情況下，在500-900°C溫度條件下恒溫鍛燒5-30小時(shí)，制得具有通式Li1+xFe1-xP04，其中0.02彡X<0.12的具有非化學(xué)計(jì)量比的鋰電池正極材料。
[0008]一種鋰電池，其特征在于:所述鋰電池的正極材料具有如下通式:Li1+xFe1-xP04，其中 0.02 彡 Χ<0.12。
[0009]有益效果:
綜上所述，在本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的材料具有通式LiuxFe1-ΧΡ04，其中0.02彡Χ<0.12，是一種具有陽離子空位的材料:這種晶體內(nèi)的空位，擴(kuò)大了鋰離子的擴(kuò)散路徑，擴(kuò)散速率增大，晶體表面與濃度梯度較小，中心部位的鋰離子也更易擴(kuò)散，因此，本發(fā)明的非化學(xué)計(jì)量比貯能材料具有更高的比容量和倍率性能；
2、當(dāng)對非化學(xué)計(jì)量比貯能材料施加電壓時(shí)，中心金屬將會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而使得主體分子形成電中性。為了平衡整體分子價(jià)數(shù)平衡，當(dāng)迫使外圍的鋰離子脫出時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生電子。同樣地，在惰性氣體環(huán)境中，中心金屬為了維持結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定平衡分子價(jià)數(shù)，中心金屬會(huì)進(jìn)行還原反應(yīng)并釋出電流。非化學(xué)計(jì)量比貯能材料中的碳粉粒子，可增加非化學(xué)計(jì)量比貯能材料的電化學(xué)上可逆性的發(fā)生速率；
3、該制備方法采用了干法混合的生產(chǎn)工藝，不需要經(jīng)過干燥過程，故比現(xiàn)有技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中可有效節(jié)能。
[0010]采用具有非化學(xué)計(jì)量比的鋰電池正極材料的鋰電池，具有極佳的電化學(xué)可逆性。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明；需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)談化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0012]一種鋰電池正極材料，其特征在于:所述具有非化學(xué)計(jì)量比的鋰電池正極材料具有如下通式:Li1+xFel—XP04，其中 0.02 彡 Χ<0.12。
作為優(yōu)選方案之一，所述鋰電池正極材料具有通式:Li1.Q5Fe0.95P04。
[0013]作為優(yōu)選方案之一，所述具有非化學(xué)計(jì)量比的鋰電池正極材料具有通式:
Li1.08Fe0.92P04o
[0014]上述鋰電池正極材料的制備方法，步驟如下:A、按照摩爾比例稱取磷酸鐵、鋰化合物和球磨助劑，采用干法球磨制得反應(yīng)前驅(qū)體;B、將該反應(yīng)前驅(qū)體于惰性氣體存在的情況下，在500-900°C溫度條件下恒溫鍛燒5-30小時(shí)，制得具有通式Li1+xFel—xP(k，其中0.02^ΞΧ<0.12的具有非化學(xué)計(jì)量比的鋰電池正極材料。
[0015]一種鋰電池，其特征在于:所述鋰電池的正極材料具有如下通式:Lii+xFel-xP04，其中 0.02 彡 Χ<0.12。
[0016]在熱處理階段中，反應(yīng)前驅(qū)體依序通過表面擴(kuò)散、體擴(kuò)散作用形成橄欖石結(jié)晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)對非化學(xué)計(jì)量比貯能材料施加電壓時(shí)，中心金屬將會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而使得主體分子形成電中性。為了平衡整體分子價(jià)數(shù)平衡，當(dāng)迫使外圍的鋰離子脫出時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生電子。同樣地，在惰性氣體環(huán)境中，中心金屬為了維持結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定平衡分子價(jià)數(shù)，中心金屬會(huì)進(jìn)行還原反應(yīng)并釋出電流。非化學(xué)計(jì)量比貯能材料中的碳粉粒子，可增加非化學(xué)計(jì)量比貯能材料的電化學(xué)上可逆性的發(fā)生速率。
[0017]下面對本發(fā)明的方案時(shí)行舉例說明。
[0018]實(shí)施例1:
將10kg磷酸鐵與24.5kg磷酸鋰、8kg淀粉置于球磨罐中，干法研磨8小時(shí)，進(jìn)行徹底地研磨與分散，接著，將前驅(qū)物置于氧化鋁坩禍中，放入惰性氣氛爐中，使?fàn)t子以200C/分鐘的速率升溫至700°C，熱處理24小時(shí)，制得以磷酸鐵鋰為基質(zhì)的鋰電池正極材料，其通式為LiLo5FetL95PO4,粒度為D5Q = 2ym，比表面積為13.lm2/g，材料的首次混粉放電容量可達(dá)到約140mAh/go
[0019]實(shí)施例2:
將10kg磷酸鐵與25kg磷酸鋰、8kg葡萄糖置于球磨罐中，干法研磨8小時(shí)進(jìn)行徹底地研磨與分散，接著，將前驅(qū)物置于氧化鋁坩禍中，放入惰性氣氛爐中，使?fàn)t子以20°C/分鐘的速率升溫至700°C，熱處理24小時(shí)，制得以磷酸鐵鋰為基質(zhì)的鋰電池正極材料，其通式為Li1.08Fe0.92P04，粒度為D5q = 1.8μπι，比表面積為13.5m2/g，材料的首次混粉放電容量可達(dá)到約141mAh/g0
[0020]實(shí)施例3:
將實(shí)施例1制造的鋰電池正極材料與碳黑及聚偏二氟乙烯(PVDF)，以93:3:4的重量比例混合于NMP溶劑中，接著，將混合物涂布于鋁箔上，經(jīng)120°C烘干后制成正極試片;使正極試片結(jié)合MCMB負(fù)極材料組成26650型電化學(xué)可逆式電池，將溫度維持在室溫，結(jié)果顯示，材料的首次混粉放電容量可達(dá)到約140mAh/g，倍率性能較好，IC放量容量/0.2C放電容量約為96%。
[0021]綜上所述，本發(fā)明的非化學(xué)計(jì)量比貯能材料及其制法優(yōu)于現(xiàn)在技術(shù)，本發(fā)明的鋰電池正極材料具有極佳的電化學(xué)可逆性。
[0022]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰電池正極材料，其特征在于:所述鋰電池正極材料具有如下通式:Li1+xFe1-xP04，其中 0.02 彡 Χ<0.12。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰電池正極材料，其特征在于:所述鋰電池正極材料具有通式:Li1.0sFe0.95ΡΟ4 或 Li1.0sFe0.92Ρ04。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰電池正極材料的制備方法，步驟如下: Α、按照摩爾比例稱取磷酸鐵、鋰化合物和球磨助劑，采用干法球磨制得反應(yīng)前驅(qū)體； B、將該反應(yīng)前驅(qū)體于惰性氣體存在的情況下，在500-900°C溫度條件下恒溫鍛燒5-30小時(shí)，制得具有通式Lii+xFe1-xP04，其中0.02彡X<0.12的具有非化學(xué)計(jì)量比的鋰電池正極材料。4.一種鋰電池，其特征在于:所述鋰電池的正極材料具有如下通式:Li1+xFe1-xP04，其中.0.02 ≤Χ<0.12.
【文檔編號(hào)】H01M10/0525GK106099101SQ201610481011
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】譚平
【申請人】房縣久澳化工有限公司