/c工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，是目前最先進(jìn)的二次電池。以LiCo02為代表的傳統(tǒng)過渡金屬氧化物型正極材料受成本高、資源緊缺、污染環(huán)境和安全性不夠等問題的制約，無法滿足電動(dòng)汽車對鋰離子電池的要求，不能成為新一代鋰離子電池正極材料的首選。LiFePO4由于諸多優(yōu)點(diǎn)如廉價(jià)、環(huán)境友好、安全性高、循環(huán)性能好等備受關(guān)注。在過去的十多年里，LiFePO4 一致被公認(rèn)為是最有前途的鋰離子電池正極材料，尤其是被公認(rèn)為是鋰離子動(dòng)力電池正極材料的最佳選擇。然而LiFePCM作為動(dòng)力電池正極材料，材料的高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性是其一個(gè)最關(guān)鍵的問題。
[0003]為了克服上述問題，本發(fā)明通過體相摻雜來改進(jìn)材料的性能，可以有效避免常規(guī)方法，如采用特殊的手段制備特殊形貌、特殊結(jié)構(gòu)的LiFePO4，以及在LiFePO4上包覆特殊的導(dǎo)電材料繁雜耗材的工藝。該方法是一種最有效、最易規(guī)?；氖侄?。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，發(fā)明一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝。其技術(shù)方案是一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝，其特征是:通過采用噴霧干燥法制備了一系列變價(jià)過渡金屬Fe位摻雜的LiFei_xMxP04/C (M=Co,Mn, Ni, V和Cu)復(fù)合材料，優(yōu)化工藝表明當(dāng)V或Ni的摻雜量為3%時(shí)制備的樣品具有最佳的電化學(xué)性能，顯著提高材料在高倍率下的比容量，而且可以顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0005]具體工藝:摻雜LiFea 97NiQ.Q3P04/C復(fù)合材料的制備:稱取0.097 mo IFe(NO3)3.9Η20、0.10mol (NH4)2HPO4和25.0 g葡萄糖溶于40 mL去離子水形成前驅(qū)體溶液；分別加入0.03mol的Ni (NO3)2.6H20攪拌完全溶解得到澄清的前驅(qū)體溶液I ;稱取
0.100 mo I L1H-H2O溶于25 mL去離子水形成前驅(qū)體溶液II ;在劇烈攪拌的條件下，將前驅(qū)體溶液II加入到前驅(qū)體溶液I中得到前驅(qū)體凝膠；往前驅(qū)體凝膠中滴加濃氨水調(diào)節(jié)到PH=6左右得到前驅(qū)體溶膠。
[0006]LiFea97Vatl3PCVC復(fù)合材料的制備跟上述過程相似。采用V2O5作為V源(V2O5不溶于水)，將0.003mol V2O5加入10 mL去離子水中，再加入2 g檸檬酸加熱至沸騰可以使V2O5溶解得到墨綠色的溶液，將得到的含V溶液加入含有0.097 Hi0IFe(NO3)3.9H20、
0.1OOmol (NH4) 2即04和23.0 g葡萄糖(使得到的樣品的含碳量保持在14%左右)的水溶液中得到溶液I。
[0007]焙燒工藝:將上述溶液或乳液通過噴霧干燥器進(jìn)行噴霧干燥得到前軀體粉末，噴霧干燥器的進(jìn)口溫度為220°C，進(jìn)料速度為6 mL/min，將得到的粉末樣品在高純N2氣氛保護(hù)下以10°C/min的速度升溫到750°C保溫10 h得到LiFeP04/C樣品。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)是:通過往前驅(qū)體中添加一些過渡變價(jià)金屬離子來改變LiFePO4的結(jié)構(gòu)制備摻雜的LiFeP04/C復(fù)合材料，從而達(dá)到顯著提高材料性能的目的。由于噴霧干燥法的前驅(qū)體混合是液相的，往前驅(qū)體中添加一些可溶性的離子經(jīng)過噴霧干燥和碳熱還原是很有可能進(jìn)入材料的晶格取代其中的某些原子或者原子團(tuán)的，不存在摻雜元素的流失的問題。因此，噴霧干燥法是一個(gè)非常適合體相摻雜的方法。通過往前驅(qū)體中添加變價(jià)過渡金屬的可溶鹽制備了一系列鐵位摻雜的LiFei_xMxP04/C (M=V, Mn, Ni, Co和Cu)復(fù)合正極材料，經(jīng)過優(yōu)化工藝結(jié)果表明:摻雜量為3%時(shí)制備的LiFea97MOiPO4ZC (M=V和Ni)的性能是最優(yōu)的，LiFe0.97Ni0.03P04/C不僅可以顯著提高材料在高倍率下的比容量，而且可以顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。由于噴霧干燥法非常易于實(shí)現(xiàn)體相摻雜，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大，且我們選擇的摻雜元素都是非貴金屬的過渡金屬。因此，我們相信采用噴霧干燥法制備高性能的摻雜的LiFeP04/C正極材料將大有前途。
【具體實(shí)施方式】
[0009]一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝，其特征是:通過采用噴霧干燥法制備了變價(jià)過渡金屬Fe位摻雜的LiFei_xMxP04/C (M= Ni, x=0.03)復(fù)合材料，Ni的摻雜量為3%時(shí)制備的樣品具有最佳的電化學(xué)性能。
[0010]具體工藝:摻雜LiFea 97NiaQ3P04/C復(fù)合材料的制備:稱取0.097 mo IFe(NO3)3.9Η20、0.10mol (NH4)2HPO4和25.0 g葡萄糖溶于40 mL去離子水形成前驅(qū)體溶液；分別加入0.03mol的Ni (NO3)2.6H20攪拌完全溶解得到澄清的前驅(qū)體溶液I ;稱取
0.100 mo I L1H-H2O溶于25 mL去離子水形成前驅(qū)體溶液II ;在劇烈攪拌的條件下，將前驅(qū)體溶液II加入到前驅(qū)體溶液I中得到前驅(qū)體凝膠；往前驅(qū)體凝膠中滴加濃氨水調(diào)節(jié)到PH=6左右得到前驅(qū)體溶膠。
[0011]焙燒工藝:將上述溶液或乳液通過噴霧干燥器進(jìn)行噴霧干燥得到前軀體粉末，噴霧干燥器的進(jìn)口溫度為220°c，進(jìn)料速度為6 mL/min，將得到的粉末樣品在高純N2氣氛保護(hù)下以10°C/min的速度升溫到750°C保溫10 h得到LiFeP04/C樣品。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝，其特征是:通過采用噴霧干燥法制備了一系列變價(jià)過渡金屬Fe位摻雜的LiFei_xMxP04/C (M=Co, Mn, Ni, V和Cu)復(fù)合材料，優(yōu)化工藝表明當(dāng)V或Ni的摻雜量為3%時(shí)制備的樣品具有最佳的電化學(xué)性能，顯著提高材料在高倍率下的比容量，而且可以顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝，其特征是:摻雜 LiFe0.97Ni0.07P04/C 復(fù)合材料的制備:稱取 0.097mol Fe (NO3) 3.9H20、0.1OOmol (NH4)2HPO4和25.0 g葡萄糖溶于40 mL去離子水形成前驅(qū)體溶液；分別加入0.03mol的Ni (NO3)2.6H20攪拌完全溶解得到澄清的前驅(qū)體溶液I ;稱取0.100 mol L1H.H2O溶于25 mL去離子水形成前驅(qū)體溶液II ;在劇烈攪拌的條件下，將前驅(qū)體溶液II加入到前驅(qū)體溶液I中得到前驅(qū)體凝膠；往前驅(qū)體凝膠中滴加濃氨水調(diào)節(jié)到PH=6左右得到前驅(qū)體溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝，其特征是:LiFe0.97V0.03P04/C復(fù)合材料的制備:采用V2O5作為V源(V2O5不溶于水)，將0.003mol V2O5加入10 mL去離子水中，再加入2 g檸檬酸加熱至沸騰可以使V2O5溶解得到墨綠色的溶液，將得到的含 V 溶液加入含有0.097 molFe (NO3)3.9Η20、0.10mol (NH4)2HPO4和 23.0 g葡萄糖(使得到的樣品的含碳量保持在14%左右)的水溶液中得到溶液I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFeP04/C工藝，其特征是:焙燒工藝:將上述溶液或乳液通過噴霧干燥器進(jìn)行噴霧干燥得到前軀體粉末，噴霧干燥器的進(jìn)口溫度為220°C，進(jìn)料速度為6 mL/min，將得到的粉末樣品在高純N2氣氛保護(hù)下以10C /min的速度升溫到750°C保溫10 h得到LiFeP04/C樣品。
【專利摘要】本發(fā)明公開了是一種噴霧干燥法制備鐵位摻雜的LiFePO4/C工藝。其技術(shù)方案是：通過采用噴霧干燥法制備了一系列變價(jià)過渡金屬Fe位摻雜的LiFe1-xMxPO4/C（M=Co,Mn,Ni,V和Cu）復(fù)合材料，優(yōu)化工藝表明當(dāng)V或Ni的摻雜量為3%時(shí)制備的樣品具有最佳的電化學(xué)性能，顯著提高材料在高倍率下的比容量，而且可以顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明的特點(diǎn)是：由于噴霧干燥法非常易于實(shí)現(xiàn)體相摻雜，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大，且我們選擇的摻雜元素都是非貴金屬的過渡金屬。因此，我們相信采用噴霧干燥法制備高性能的摻雜的LiFePO4/C正極材料將大有前途。
【IPC分類】H01M4-36, H01M4-58
【公開號(hào)】CN104701503
【申請?zhí)枴緾N201310657650
【發(fā)明人】馬文超
【申請人】青島平度市舊店金礦
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月9日