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一種具備高導(dǎo)電性錳摻雜磷酸鋰復(fù)合正極材料的制備方法

閱讀:1031發(fā)布:2020-07-29

專利匯可以提供一種具備高導(dǎo)電性錳摻雜磷酸鋰復(fù)合正極材料的制備方法專利檢索,專利查詢,專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種具備高 導(dǎo)電性 的 鉀 錳摻雜 磷酸 鐵 鋰復(fù)合 正極材料 的制備方法,該多元素?fù)诫s磷酸鐵鋰的化學(xué)式為L(zhǎng)i1?xKxFe1?yMnyPO4,其中:x=0.15?0.3,y=0.3?0.35該方法包括如下步驟:(1)制備納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體;(2)將 乙炔黑 與聚乙二醇混合并超聲分散到 乙醇 中,形成導(dǎo)電 碳 分散液;將所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳分散液混合,將混合料在行星 球磨機(jī) 中球磨;將球磨后的物質(zhì)干燥;在還原性保護(hù)氣氛下 燒結(jié) ,制備得到產(chǎn)品。本發(fā)明制備的 鋰離子 電池 用高導(dǎo)電性鉀錳摻雜磷酸鐵鋰復(fù)合正極材料,將磷酸鐵鋰摻雜K、Mn改性以提高其離子擴(kuò)散性能并且抑制團(tuán)聚現(xiàn)象,并在其表面形成導(dǎo)電碳碳網(wǎng)絡(luò)。,下面是一種具備高導(dǎo)電性錳摻雜磷酸鋰復(fù)合正極材料的制備方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種具備高導(dǎo)電性錳摻雜磷酸鋰復(fù)合正極材料的制備方法,該多元素?fù)诫s磷酸鐵鋰的化學(xué)式為L(zhǎng)i1-xKxFe1-yMnyPO4,其中:0.15≤x≤0.3,0.3<y≤0.35,該方法包括如下步驟:
(1)按照上述化學(xué)式中的Li、K、Fe、Mn、P的摩爾量稱取氫化鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨、乙酸錳和酸鉀,機(jī)械混合成混合物一;
將混合物一與絡(luò)合劑按1∶0.2-0.5的重量比相混合并溶于溶劑,形成混合物二,其中絡(luò)合劑為葡糖糖,溶劑為乙二醇;
將混合物二在行星式球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400-500r/min球磨20-30h;
將球磨后的混合物二置于真空干燥機(jī)中在100-150℃的溫度干燥12-18h得到粉料,將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎;
將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在300-700℃的溫度預(yù)處理5-20h,得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體;
(2)將乙炔黑與聚乙二醇按1∶1-2的重量比相混合并超聲分散到乙醇中,形成導(dǎo)電碳分散液;
將所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳分散液按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳重量比
10∶1-2的比例混合,將混合料在行星球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400-500r/min球磨10-15h;
將球磨后的物質(zhì)干燥;
在還原性保護(hù)氣氛下燒結(jié),以5-10℃/min速率升溫,在溫度750-800℃恒溫?zé)Y(jié)10-
15h,以3-6℃/min降溫,制備得到產(chǎn)品。

說明書全文

一種具備高導(dǎo)電性錳摻雜磷酸鋰復(fù)合正極材料的制備

方法

所屬技術(shù)領(lǐng)域

背景技術(shù)

[0002] 隨著電池行業(yè)的迅速發(fā)展,為了解決電池的使用壽命、能量密度、自放電或者質(zhì)量等諸多問題,出現(xiàn)了各種類型的電池。目前,由于鋰電池具有能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕、自放電小等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已經(jīng)成為了通訊設(shè)備、筆記本電腦等便攜式設(shè)備的首選電源,并且也開始應(yīng)用到電動(dòng)車、國(guó)防等中大型的設(shè)備中。
[0003] 磷酸鐵鋰材料是近年來出現(xiàn)并得到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的動(dòng)鋰離子電池正極材料。其具有可逆性地嵌入和脫嵌鋰的特性。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料相比,其原物料來源更廣泛、價(jià)格更低廉,無毒性,且無環(huán)境污染。磷酸鐵鋰具有高能量密度(其理論比容量為170mAh/g,產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25℃);因其不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素,而成為目前最安全的鋰離子電池正極材料;磷酸鐵鋰的晶格穩(wěn)定性好,鋰離子的嵌入和脫出對(duì)晶格的影響不大,故而具有良好的可逆性。
[0004] 目前,磷酸鐵鋰正極材料的制備方法主要有高溫固相法、液相反應(yīng)法、溶膠凝膠法及機(jī)械球磨法等。高溫固相法是將鋰源化合物、鐵源化合物及磷源化合物在惰性氣氛保護(hù)下焙燒合成磷酸鐵鋰;高溫固相法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,但反應(yīng)物通常混合不均勻,產(chǎn)物顆粒、晶粒易長(zhǎng)大,純度不高,一次粒子過大造成鋰離子遷移路徑過長(zhǎng),鋰離子導(dǎo)電性能差,因此,電化學(xué)性能不好。

發(fā)明內(nèi)容

[0005] 本發(fā)明提供一種具備高導(dǎo)電性的鉀錳摻雜磷酸鐵鋰復(fù)合正極材料的制備方法,使用該方法制備的正極材料,具有良好導(dǎo)電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供的一種具備高導(dǎo)電性的鉀錳摻雜磷酸鐵鋰復(fù)合正極材料的制備方法,該多元素?fù)诫s磷酸鐵鋰的化學(xué)式為L(zhǎng)i1-xKxFe1-yMnyPO4,其中:x=0.15-0.3,y=0.3-0.35該方法包括如下步驟:
[0007] (1)按照上述化學(xué)式中的Li、K、Fe、Mn、P的摩爾量稱取氫化鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨、乙酸錳和酸鉀,混合機(jī)械成混合物一;
[0008] 將混合物一與絡(luò)合劑按1∶0.2-0.5的重量比相混合并溶于溶劑,形成混合物二,其中絡(luò)合劑為葡糖糖,溶劑為乙二醇;
[0009] 將混合物二在行星式球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400-500r/min球磨20-30h;
[0010] 將球磨后的混合物二置于真空干燥機(jī)中在100-150℃的溫度干燥12-18h得到粉料,將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎;
[0011] 將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在300-700℃的溫度預(yù)處理5-20h,得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體;
[0012] (2)將乙炔黑與聚乙二醇按1∶1-2的重量比相混合并超聲分散到乙醇中,形成導(dǎo)電碳分散液;
[0013] 將所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳分散液按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳重量比10∶1-2的比例混合,將混合料在行星球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400-500r/min球磨10-15h;
[0014] 將球磨后的物質(zhì)干燥;
[0015] 在還原性保護(hù)氣氛下燒結(jié),以5-10℃/min速率升溫,在溫度750-800℃恒溫?zé)Y(jié)10-15h,以3-6℃/min降溫,制備得到產(chǎn)品。
[0016] 本發(fā)明制備的鋰離子電池用高導(dǎo)電性鉀錳摻雜磷酸鐵鋰復(fù)合正極材料,將磷酸鐵鋰摻雜K、Mn改性以提高其離子擴(kuò)散性能并且抑制團(tuán)聚現(xiàn)象,并在其表面形成導(dǎo)電碳碳網(wǎng)絡(luò),使得其具有良好的導(dǎo)電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。因此該復(fù)合材料在用于鋰離子電池時(shí),具有較快的充放電速率以及較長(zhǎng)的使用壽命。

具體實(shí)施方式

[0017] 實(shí)施例
[0018] 該多元素?fù)诫s磷酸鐵鋰的化學(xué)式為L(zhǎng)i0.85K0.15Fe0.7Mn0.3PO4。
[0019] 按照上述化學(xué)式中的Li、K、Fe、Mn、P的摩爾量稱取氫氧化鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨、乙酸錳和碳酸鉀,混合機(jī)械成混合物一;將混合物一與絡(luò)合劑按1∶0.2的重量比相混合并溶于溶劑,形成混合物二,其中絡(luò)合劑為葡糖糖,溶劑為乙二醇;將混合物二在行星式球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400r/min球磨30h;將球磨后的混合物二置于真空干燥機(jī)中在100℃的溫度干燥8h得到粉料,將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎;將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在300℃的溫度預(yù)處理20h,得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體。
[0020] 將乙炔黑與聚乙二醇按1∶1的重量比相混合并超聲分散到乙醇中,形成導(dǎo)電碳分散液;將所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳分散液按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳重量比10∶1的比例混合,將混合料在行星球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速400r/min球磨15h;將球磨后的物質(zhì)干燥;在還原性保護(hù)氣氛下燒結(jié),以5℃/min速率升溫,在溫度750℃恒溫?zé)Y(jié)15h,以3℃/min降溫,制備得到產(chǎn)品。
[0021] 實(shí)施例二
[0022] 該多元素?fù)诫s磷酸鐵鋰的化學(xué)式為L(zhǎng)i0.7K0.3Fe0.65Mn0.35PO4。
[0023] 按照上述化學(xué)式中的Li、K、Fe、Mn、P的摩爾量稱取氫氧化鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨、乙酸錳和碳酸鉀,混合機(jī)械成混合物一;將混合物一與絡(luò)合劑按1∶0.5的重量比相混合并溶于溶劑,形成混合物二,其中絡(luò)合劑為葡糖糖,溶劑為乙二醇;將混合物二在行星式球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速500r/min球磨20h;將球磨后的混合物二置于真空干燥機(jī)中在150℃的溫度干燥12h得到粉料,將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎;將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在700℃的溫度預(yù)處理5h,得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體。
[0024] 將乙炔黑與聚乙二醇按1∶2的重量比相混合并超聲分散到乙醇中,形成導(dǎo)電碳分散液;將所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳分散液按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳重量比10∶2的比例混合,將混合料在行星球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速500r/min球磨10h;將球磨后的物質(zhì)干燥;在還原性保護(hù)氣氛下燒結(jié),以10℃/min速率升溫,在溫度800℃恒溫?zé)Y(jié)10h,以6℃/min降溫,制備得到產(chǎn)品。
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