碳包覆磷酸亞鐵鋰合成的新方法

1、碳包覆磷酸亞鐵鋰合成的新方法碳包覆磷酸亞鐵埋和摻雜金屬離子的技術(shù)亮點(diǎn):關(guān)鍵是合成工藝顆粒納米化與ib，相穩(wěn)定化處理技術(shù)。高質(zhì)量粉體才能達(dá)到提高正極材料的電子導(dǎo)電性能。如同卷鋼涂料，金紅石型欽自粉那樣，制成的涂料流平性好，均勻性一致，在埋離子動(dòng)力電池生產(chǎn)中，正負(fù)極集流體(鋁箔、銅箔)，經(jīng)涂覆漿料后烘干，還需要進(jìn)行極片壓輥，以使活性物質(zhì)粒之間緊密均勻包覆以形成良好的導(dǎo)電通道。因此，對(duì)粒徑有嚴(yán)格的規(guī)定要求，并通過(guò)摻雜高價(jià)金屬離子(固體離子導(dǎo)體)，提高正極材料的導(dǎo)電N，并在制片過(guò)程中還對(duì)鋁箔表而的腐蝕和碳包覆提高埋離子動(dòng)力電池的人電流放電能力。粉體顆粒的一致性至關(guān)重要，顆粒分布(粒度分布)呈正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)峰

2、，這樣才能使涂布厚度均勻，技術(shù)亮點(diǎn)是:有辦法將碳包覆粉體制成200一600 nm (DSO)超細(xì)小顆粒(原始粒徑達(dá)到100 nm以下)。粉體顆粒的表而積劇增而人幅度提高埋電池的高放電功率。若要制成Ds0 = 200 nm左右的正極粉體，必然松裝密度和振實(shí)密度都達(dá)不到提高電功率的要求指標(biāo)，還得進(jìn)行改性摻雜工藝處理，否則，影響電池的穩(wěn)定性與循環(huán)壽命，安全性也減弱等副作用。技術(shù)制約動(dòng)力埋電池的價(jià)格，但技術(shù)的不斷創(chuàng)新和提高會(huì)降低產(chǎn)品的價(jià)格。發(fā)展新能源，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化健康發(fā)展，碳包覆磷酸亞鐵埋是動(dòng)力埋電池的正極首選材料之一。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑(1)原料:用水熱法合成的磷酸亞鐵埋經(jīng)干燥

3、后獲得的粉體作為包膜原材料，要求包膜粉體平均粒徑300一400 nm。材料合成工藝及條件:以Fe3(P04)磷酸鐵)與Li3P04磷酸埋)為前驅(qū)體，在水熱220-240，壓力在2.0一2.4MPa高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)10一12h出漿，然后洗滌過(guò)濾烘干粉體得到LiFeP04磷酸亞鐵埋)。并在升溫(加溫)時(shí)間開(kāi)始，在反應(yīng)釜中充滿(mǎn)氮?dú)?N,)后即關(guān)閉氣閥。所用水是去離子水，制成LiFePO、的平均粒徑達(dá)到Ds0=0.30一0.40N,m符合包覆粉體粒徑要求工藝條件。(2)試劑:蔗糖(CHzzOn);欽溶膠(Ti0=);異丙醇鋁(C9H,A103)，四氯化碳(CC14)。1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備螺帶臥式混合機(jī)(導(dǎo)

4、熱油電加熱式);壓力儲(chǔ)罐及霧化噴嘴;流化床氣流粉碎機(jī)及收粉裝置;推板爐;振動(dòng)篩;流化床包膜裝置。1.3 實(shí)驗(yàn)條件及過(guò)程按蔗糖:去離子水=1:4(質(zhì)量百分比，下同)稱(chēng)取蔗糖溶于去離子水中，得到的蔗糖液作為碳源。欽金屬離子摻雜用欽溶膠，鋁摻雜用異丙醇鋁與四氯化碳的稀釋溶液，具體操作順序如下:將碳源蔗糖液與欽溶膠按質(zhì)量百分比(2一1):(1-3)的比例混合攪拌均勻，得到混合液A,再將磷酸亞鐵埋與混合液A按質(zhì)量百分比，磷酸亞鐵埋:混合液A=(55一90):(15-20)的比例混合，得到磷酸亞鐵埋混合粉團(tuán)。將粉團(tuán)送到螺帶臥式混合機(jī)中攪拌均勻并加熱烘干粉體，作流化床氣流磨的給料熱粉體作改性包膜粉體。磷酸亞

5、鐵埋:蔗糖(粉粒狀)=(88 -90:(lo%一1z% (質(zhì)量份數(shù))，欽金屬離子的加入量為磷酸亞鐵埋質(zhì)量的0.15%一0.30%。過(guò)程控制劑的配制:用異丙醇鋁溶于四氯化碳中制成混合液B,異丙醇鋁:四氯化碳=1:5(質(zhì)量份數(shù))約1異丙醇鋁溶于3.6mL四氯化碳溶液中;同時(shí)是鋁包膜劑，又是過(guò)程控制劑。改性包膜設(shè)備采用流化床氣流磨。磷酸亞鐵埋給料量:過(guò)程控制劑=(87-90):(10%一13%)(質(zhì)量份數(shù))。鋁金屬離子摻雜量為磷酸亞鐵埋粉體質(zhì)量的0.20%一0.30%，將鋁包膜劑(過(guò)程控制劑)用霧化噴嘴均勻的噴灑在磷酸亞鐵埋的灼熱粉體上，然后被流化床氣流磨的錯(cuò)片輪分級(jí)粒徑達(dá)到Ds0=0.80一1.2

6、N,m粉體。裝滿(mǎn)盛粉盤(pán)，再送到推板爐中焙燒，最高溫度為700度(在氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒)，粉體冷卻到80后出料，實(shí)現(xiàn)碳包覆磷酸亞鐵埋和摻雜鋁、欽金屬離子的日的，從而提高產(chǎn)品的電導(dǎo)率和電化學(xué)性能。1.4 包覆土藝流程及參數(shù)2.1 LiFeP04/C粉體的粒度分布碳包覆磷酸亞鐵埋(LiFeP04/C)與金屬離子摻雜改性，LiFeP04/C粉體粒徑分布如圖1所示:LiFeP04/C正極粉體具有較窄的粒徑分布，粉體平均粒徑D50 = 200一300 nm，且呈正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)峰。LiFeP04/C粉體的形貌詳見(jiàn)圖2,那些有損涂布均勻度的粗粒已除掉。2.2 扣式電池測(cè)試結(jié)果(LiFeP04/C正極材料)如表1所示，從

7、扣式電池測(cè)試的結(jié)果分析，充電比容量與放電比容量數(shù)據(jù)看出:超細(xì)的LiFeP04/C粉體平均粒徑D50 =200一300nm LiFeP04/C粉體的L-匕表而積15一16mr/g顆粒分布呈正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)峰，LiFeP04/C正極材料電化學(xué)性能比較理想，粉體超細(xì)化時(shí)比表而積增加，能使電解液與LiFeP04/C正極粉體更充分接觸，提高了Li‘的嵌脫速率，有利于提高LiFeP04/C的離子擴(kuò)散系數(shù)，從而提高了LiFeP04/C正極材料的導(dǎo)電性能和延民電池的使用循環(huán)壽命。3 結(jié)論(1)干法表而化學(xué)包覆改性處理工藝是在流化床中進(jìn)行，在引入葡萄糖或蔗糖為碳源時(shí)，在流化床包膜過(guò)程中，粉體存在粘壁和團(tuán)聚現(xiàn)

8、象，阻礙包覆過(guò)程的順利進(jìn)行，因此，常添加過(guò)程控制劑。本實(shí)驗(yàn)使用的過(guò)程控制劑是用異丙醇鋁與四氯化碳的混合液，生產(chǎn)過(guò)程可控，流程通暢，提高出粉率并便于控制粉體的成分。(2)LiFeP04/C粉體超細(xì)化，粉體的表而積劇增而人幅度提高埋電池的高放電功率，粉體包覆碳后粒度分布呈正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)峰，200一300nm顆粒一致性，使埋電池的循環(huán)壽命延民，安全性穩(wěn)定可靠。(3)碳包覆磷酸亞鐵埋和欽鋁金屬離子摻雜改性，使橄欖石型LiFeP04磷酸亞鐵埋)的屏，型結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，增加了固體導(dǎo)體離子，從而提高了LiFeP04/C正極材料的導(dǎo)電性。參考文獻(xiàn)錢(qián)家盛，陳曉明，何家笙.PMMA/nano一Si02納米復(fù)合材料的制各和表征.應(yīng)用化學(xué)，2003.20(12):1200一1203.全國(guó)膠粘劑標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T11175-2002合成樹(shù)脂乳液試驗(yàn)方法.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.郜劍英，江苑，李建林.一硅化鑰合金化及摻雜改性的研究進(jìn)展.中國(guó)鑰業(yè)，