碳包覆磷酸亚铁锂合成的新方法

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论文摘要

  碳包覆磷酸亚铁埋和掺杂金属离子的技术亮点:关键是合成工艺颗粒纳米化与ib,相稳定化处理技术。高质量粉体才能达到提高正极材料的电子导电性能。如同卷钢涂料,金红石型钦自粉那样,制成的涂料流平性好,均匀性一致,在埋离子动力电池生产中,正负极集流体(铝箔、铜箔),经涂覆浆料后烘干,还需要进行极片压辊,以使活性物质粒之间紧密均匀包覆以形成良好的导电通道。因此,对粒径有严格的规定要求,并通过掺杂高价金属离子(固体离子导体),提高正极材料的导电}N},并在制片过程中还对铝箔表而的腐蚀和碳包覆提高埋离子动力电池的人电流放电能力。粉体颗粒的一致性至关重要,颗粒分布(粒度分布)呈正态标准峰,这样才能使涂布厚度均匀,技术亮点是:有办法将碳包覆粉体制成200一600 nm (DSO)超细小颗粒(原始粒径达到100 nm以下)。粉体颗粒的表而积剧增而人幅度提高埋电池的高放电功率。若要制成Ds0 = 200 nm左右的正极粉体,必然松装密度和振实密度都达不到提高电功率的要求指标,还得进行改性掺杂工艺处理,否则,影响电池的稳定性与循环寿命,安全性也减弱等副作用。技术制约动力埋电池的价格,但技术的不断创新和提高会降低产品的价格。

  发展新能源,推动电动汽车产业化健康发展,碳包覆磷酸亚铁埋是动力埋电池的正极首选材料之一。

  1 实验部分

  1.1 实验原料及试剂

  (1)原料:用水热法合成的磷酸亚铁埋经干燥后获得的粉体作为包膜原材料,要求包膜粉体平均粒径300一400 nm。材料合成工艺及条件:以Fe3(P04)磷酸铁)与Li3P04磷酸埋)为前驱体,在水热220-240℃,压力在2.0一2.4MPa高压反应釜中反应10一12h出浆,然后洗涤过滤烘干粉体得到LiFeP04磷酸亚铁埋)。并在升温(加温)时间开始,在反应釜中充满氮气(N,)后即关闭气阀。所用水是去离子水,制成LiFePO、的平均粒径达到Ds0=0.30一0.40N,m符合包覆粉体粒径要求工艺条件。

  (2)试剂:蔗糖(CHzzOn);钦溶胶(Ti0=);异丙醇铝(C9H,A103),四氯化碳(CC14)。

  1.2 实验设备

  螺带卧式混合机(导热油电加热式);压力储罐及雾化喷嘴;流化床气流粉碎机及收粉装置;推板炉;振动筛;流化床包膜装置。

  1.3 实验条件及过程

  按蔗糖:去离子水=1:4(质量百分比,下同)称取蔗糖溶于去离子水中,得到的蔗糖液作为碳源。钦金属离子掺杂用钦溶胶,铝掺杂用异丙醇铝与四氯化碳的稀释溶液,具体操作顺序如下:将碳源蔗糖液与钦溶胶按质量百分比(2一1):(1-3)的比例混合搅拌均匀,得到混合液A,再将磷酸亚铁埋与混合液A按质量百分比,磷酸亚铁埋:混合液A=(55一90):(15-20)的比例混合,得到磷酸亚铁埋混合粉团。将粉团送到螺带卧式混合机中搅拌均匀并加热烘干粉体,作流化床气流磨的给料热粉体作改性包膜粉体。磷酸亚铁埋:蔗糖(粉粒状)=(88 -90>:(lo%一1z% >(质量份数),钦金属离子的加入量为磷酸亚铁埋质量的0.15%一0.30%。

  过程控制剂的配制:用异丙醇铝溶于四氯化碳中制成混合液B,异丙醇铝:四氯化碳=1:5(质量份数)约1异丙醇铝溶于3.6mL四氯化碳溶液中;同时是铝包膜剂,又是过程控制剂。改性包膜设备采用流化床气流磨。磷酸亚铁埋给料量:过程控制剂=(87-90):(10%一13%)(质量份数)。铝金属离子掺杂量为磷酸亚铁埋粉体质量的0.20%一0.30%,将铝包膜剂(过程控制剂)用雾化喷嘴均匀的喷洒在磷酸亚铁埋的灼热粉体上,然后被流化床气流磨的错片轮分级粒径达到Ds0=0.80一1.2N,m粉体。装满盛粉盘,再送到推板炉中焙烧,最高温度为700度(在氮气保护下焙烧),粉体冷却到80℃后出料,实现碳包覆磷酸亚铁埋和掺杂铝、钦金属离子的日的,从而提高产品的电导率和电化学性能。

  1.4 包覆土艺流程及参数



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  2.1 LiFeP04/C粉体的粒度分布

  碳包覆磷酸亚铁埋(LiFeP04/C)与金属离子掺杂改性,LiFeP04/C粉体粒径分布如图1所示:LiFeP04/C正极粉体具有较窄的粒径分布,粉体平均粒径D50 = 200一300 nm,且呈正态标准峰。LiFeP04/C粉体的形貌详见图2,那些有损涂布均匀度的粗粒已除掉。

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  2.2 扣式电池测试结果(LiFeP04/C正极材料)

  如表1所示,从扣式电池测试的结果分析,充电比容量与放电比容量数据看出:超细的LiFeP04/C粉体平均粒径D50 =200一300nm LiFeP04/C粉体的L-匕表而积15一16mr/g颗粒分布呈正态标准峰,LiFeP04/C正极材料电化学性能比较理想,粉体超细化时比表而积增加,能使电解液与LiFeP04/C正极粉体更充分接触,提高了Li‘的嵌脱速率,有利于提高LiFeP04/C的离子扩散系数,从而提高了LiFeP04/C正极材料的导电性能和延民电池的使用循环寿命。

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  3 结论

  (1)干法表而化学包覆改性处理工艺是在流化床中进行,在引入葡萄糖或蔗糖为碳源时,在流化床包膜过程中,粉体存在粘壁和团聚现象,阻碍包覆过程的顺利进行,因此,常添加过程控制剂。本实验使用的过程控制剂是用异丙醇铝与四氯化碳的混合液,生产过程可控,流程通畅,提高出粉率并便于控制粉体的成分。

  (2)LiFeP04/C粉体超细化,粉体的表而积剧增而人幅度提高埋电池的高放电功率,粉体包覆碳后粒度分布呈正态标准峰,200一300nm颗粒一致性,使埋电池的循环寿命延民,安全性稳定可靠。

  (3)碳包覆磷酸亚铁埋和钦铝金属离子掺杂改性,使橄榄石型LiFeP04磷酸亚铁埋)的屏,型结构更加稳定,增加了固体导体离子,从而提高了LiFeP04/C正极材料的导电性。

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