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體，隨后將氫氧化鋰與蔗糖溶液滴加到磷酸亞鐵前驅體中反應，將得到的含有磷酸鐵鋰前驅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，即得呈現均勻球形結構的四元磷酸鹽鋰離子電池正極材料，其具有優良的電化學性能，其比容量為143mAh/g，能量密度為610Wh/Kg，10次循環后容量保持率96.5%。
【專利說明】-種四元金屬磯酸鹽結離子電池正極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 在科技飛速發展的當代社會，人類社會可持續發展面臨著兩個嚴峻的問題一能 源危機和環境污染。基于著兩大問題，世界各國對發展電動汽車非常重視。我國在2008年 國家高技術研究發展計劃巧63計劃）現代交通【技術領域】"節能與新能源汽車"重大項目指 南中，也將發展電動車列為重要發展方向。目前，電動汽車一個主要的技術就是使用裡離子 電池作為動力系統。
[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 始實現商品化，因其有高工作電壓、高容量、循環壽命常和安全性能好等特點，逐漸取代了 傳統的媒-領電池盒鉛酸電池體系。
[0004] 隨著裡離子電池的快速發展，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構的LiMP04材料作為裡離 子電池正極材料的裡離子電池，發現它具有安全性能好、循環穩定性高、較高的比容量等優 點，引起許多研究人員的關注。
[000引 LiMP04在充放電過程中，發生如下的電化學反應：
【權利要求】
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，按質量份數計算，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，得到磷酸亞鐵前驅體溶液； 在攪拌狀態下，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體溶液中，攪拌 均勻，得到含有磷酸鐵鋰前驅體的混合液； (2) 、將步驟（1)所得的含有磷酸鐵鋰前驅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 球磨，控制顆粒D50尺寸彡300nm，得到四元磷酸鹽前驅液； (3) 、將步驟（2)所得的四元磷酸鹽前驅液進行噴霧干燥，得到前驅體粉料； (4) 、在氮氣氣氛下，將步驟（3)所得的前驅體粉料控制溫度為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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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，按質量份數計算，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 優先權日:2014年12月29日
【發明者】常程康, 鄧玲, 王永強, 郭倩, 蔡元元, 石明明 申請人:上海應用技術學院