一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料及制備方法，分子式為LiNi0.05Mn0.25Fe0.3Co0.4PO4。其制備方法即磷酸溶液中加入還原鐵粉反應形成磷酸亞鐵前驅(qū)體，隨后將氫氧化鋰與蔗糖溶液滴加到磷酸亞鐵前驅(qū)體中反應，將得到的含有磷酸鐵鋰前驅(qū)體的混合液加入納米球磨機中進行球磨，然后加入氫氧化鈷、碳酸錳、氧化亞鎳混合球磨，得到的四元磷酸鹽前驅(qū)液噴霧干燥后置于坩堝中控制溫度600-650℃、氮氣氣氛下煅燒5-9h，即得呈現(xiàn)均勻球形結(jié)構(gòu)的四元磷酸鹽鋰離子電池正極材料，其具有優(yōu)良的電化學性能，其比容量為143mAh/g，能量密度為610Wh/Kg，10次循環(huán)后容量保持率96.5%。
【專利說明】-種四元金屬磯酸鹽結(jié)離子電池正極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種四元金屬磯酸鹽裡離子電池正極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在科技飛速發(fā)展的當代社會，人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨著兩個嚴峻的問題一能 源危機和環(huán)境污染。基于著兩大問題，世界各國對發(fā)展電動汽車非常重視。我國在2008年 國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃巧63計劃）現(xiàn)代交通【技術(shù)領(lǐng)域】"節(jié)能與新能源汽車"重大項目指 南中，也將發(fā)展電動車列為重要發(fā)展方向。目前，電動汽車一個主要的技術(shù)就是使用裡離子 電池作為動力系統(tǒng)。
[0003] 裡離子電池作為化學電源中的一種能量形式，是1990日本SONY公司研制出并開 始實現(xiàn)商品化，因其有高工作電壓、高容量、循環(huán)壽命常和安全性能好等特點，逐漸取代了 傳統(tǒng)的媒-領(lǐng)電池盒鉛酸電池體系。
[0004] 隨著裡離子電池的快速發(fā)展，高容量、安全性能好、成本低廉的裡離子電池正極 材料成為人們研究的熱點。1997年A.K.化化i等（Journal of the Electrochemical Society, 144，（1997) 1609-1613)最先研究了使用橄攬石結(jié)構(gòu)的LiMP04材料作為裡離 子電池正極材料的裡離子電池，發(fā)現(xiàn)它具有安全性能好、循環(huán)穩(wěn)定性高、較高的比容量等優(yōu) 點，引起許多研究人員的關(guān)注。
[000引 LiMP04在充放電過程中，發(fā)生如下的電化學反應：
【權(quán)利要求】
1. 一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料，其特征在于所述的四元金屬磷酸鹽鋰離 子電池正極材料，其分子式為LiNiQ. Q5MnQ. 25FeQ. 3C〇Q. 4P04。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 38-46份 氫氧化鈷 35. 34-39. 06份 碳酸錳 26. 45-31. 05份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 其制備過程具體包括以下步驟： (1 )、將115份磷酸中加入到250份去離子水，然后將16. 8份還原鐵粉加入其中進行反 應3h，得到磷酸亞鐵前驅(qū)體溶液； 在攪拌狀態(tài)下，將38-46份氫氧化鋰以及15份蔗糖加入到剩余的300份去離子水中溶 解形成溶液1，控制滴加速率為50ml/min將所得溶液1滴加到磷酸亞鐵前驅(qū)體溶液中，攪拌 均勻，得到含有磷酸鐵鋰前驅(qū)體的混合液； (2) 、將步驟（1)所得的含有磷酸鐵鋰前驅(qū)體的混合液加入納米球磨機中，進行球磨，然 后加入35. 34-39. 06份氫氧化鈷、26. 45-31. 04份碳酸錳、3. 67-3. 83份氧化亞鎳粉末，繼續(xù) 球磨，控制顆粒D50尺寸彡300nm，得到四元磷酸鹽前驅(qū)液； (3) 、將步驟（2)所得的四元磷酸鹽前驅(qū)液進行噴霧干燥，得到前驅(qū)體粉料； (4) 、在氮氣氣氛下，將步驟（3)所得的前驅(qū)體粉料控制溫度為600-650°C進行焙燒 5-9h，即得四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于步驟（3)中所述噴霧干燥過程，控制進風溫度為160°C，進料量為20ml/min，通針頻率 為 10 次/min。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 42份 氫氧化鈷 37. 2份 碳酸錳 28. 75份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為650°C進行焙燒7h。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 42份 氫氧化鈷 35. 34份 碳酸錳 31. 05份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為620°C進行焙燒7h。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 46份 氫氧化鈷 35. 34份 碳酸錳 31. 05份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為650°C進行焙燒9h。
7. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 38份 氫氧化鈷 37. 2份 碳酸錳 28. 75份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為600°C進行焙燒7h。
8. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 46份 氫氧化鈷 37. 2份 碳酸錳 28. 75份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為600°C進行焙燒9h。
9. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征 在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 38份 氫氧化鈷 39. 06份 碳酸錳 26. 45份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為650°C進行焙燒5h。
10. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特 征在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 42份 氫氧化鈷 39. 06份 碳酸錳 26. 45份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為600°C進行焙燒9h。
11. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特 征在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 46份 氫氧化鈷 39. 06份 碳酸錳 26. 45份 蔗糖 15份 去離子水 550份； 制備過程步驟（4)中控制溫度為620°C進行焙燒5h。
12. 如權(quán)利要求2所述的一種四元金屬磷酸鹽鋰離子電池正極材料的制備方法，其特 征在于制備過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其組成及含量如下： 磷酸 115份 鐵粉 16. 8份 氧化亞鎳 3. 75份 水合氫氧化鋰 38份 氫氧化鈷 35. 34份 碳酸錳 31. 05份 蔗糖 15份 去離子水 550份 制備過程步驟（4)中控制溫度為600°C進行焙燒5h。
【文檔編號】H01M4/1397GK104485441SQ201410842373
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】常程康, 鄧玲, 王永強, 郭倩, 蔡元元, 石明明 申請人:上海應用技術(shù)學院