[发明专利]聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种锂离子电池正极活性材料的制备技术领域，特别涉及一种聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池自从20世纪90年代初商品化以来，由于其具有高能量密度、无记忆效应等优点，在各个领域得到了广泛应用。其中军事、航空航天、极地科学考察等国防高科技领域对锂离子电池的低温、超低温性能要求日益提高，希望达到零下60℃甚至更低。目前商品化锂离子电池的最低使用温度一般只能达到零下20℃，主要原因是受其电解液凝固点的限制。故超低温锂离子电池要采用PC基电解液。但其致命缺点是和石墨化碳材料不相容，其在石墨表面持续分解，而且溶剂化锂离子发生共插入，导致石墨结构的剥离。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂的制备方法，以解决上述技术问题。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

1)将锂源、铁源与磷酸盐和活性炭石墨按Li∶Fe∶P∶C摩尔比为(1.03～1.06)∶1∶1∶0.55混合加入玛瑙罐中得混合物，再加入占混合物总重量6％～8％的有机碳和混合物体积的1.5倍的无水乙醇，调成粘稠状；

2)把玛瑙罐放入星型球磨机中进行球磨；

3)将球磨后的混合粉末在氮气保护气份下加热进行预处理，分别在120℃、470℃、700℃保持120min、200min、480min；预处理后得粉末；

4)将预处理后得到的粉末、单体丙烯腈和乳化剂NP₉按质量比20∶1.5∶05混合，机械搅拌下超声分散30分钟，加入占粉末、单体丙烯腈和乳化剂总重量0.5％的引发剂过硫酸铵，通入氮气并加热至60℃使单体聚合；反应完毕后用去离子水过滤洗涤并进行喷雾干燥，得到由丙烯腈包覆的球形颗粒团聚体；

5)然后将所得球形颗粒团聚体置于管式炉中惰气保护低温裂解，即得到聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂；

所述锂源为醋酸锂、碳酸锂或氢氧化锂等；所述铁源为草酸亚铁、三氧化二铁或四氧化三铁；所述磷酸盐为磷酸二氢氨、磷酸铁或磷酸二氢锂；

所述有机碳为葡萄糖、聚糖醇、聚乙烯醇或聚乙二醇。

步骤2)中球磨速度为120～150转/分钟，球磨时间2h。

所述锂源、铁源、磷酸盐分别为醋酸锂、三氧化二铁、磷酸二氢氨；Li∶Fe∶P∶C摩尔比为1.05∶1∶1∶0.55。

所述锂源、铁源、磷酸盐分别为氢氧化锂、草酸亚铁、磷酸二氢氨；Li∶Fe∶P∶C摩尔比为1.06∶1∶1∶0.55。

步骤3)进行加热预处理的炉腔的压力为1.1MPa。

步骤5)低温裂解的温度为160-180℃。

为达到以上目的，本发明还可以采用如下技术方案：

一种聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

1)将锂源、铁源与活性炭石墨按Li∶Fe∶C摩尔比为(1.03～1.06)∶1∶0.55混合加入玛瑙罐中得混合物，再加入占混合物总重量6％的有机碳和混合物体积的1.5倍的无水乙醇，调成粘稠状；

2)把玛瑙罐放入星型球磨机中进行球磨，球磨速度为150转/分钟，球磨时间2h；

3)将球磨后的混合粉末在氮气保护气份下加热进行预处理，分别在120℃、470℃、700℃保持120min、200min、480min；预处理后得粉末；

4)将预处理的粉末、单体丙烯腈和乳化剂NP₉按质量比为20∶1.5∶05混合，机械搅拌下超声分散30分钟，加入占粉末、单体丙烯腈和乳化剂总重量0.5％的引发剂过硫酸铵，通入氮气并加热至60℃使单体聚合；反应完毕后用去离子水过滤洗涤并进行喷雾干燥，得到由丙烯腈包覆的球形颗粒团聚体；

5)然后将所得球形颗粒团聚体置于管式炉中惰气保护160-180℃低温裂解，即得到聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂；

所述锂源为磷酸二氢锂，所述铁源为草酸亚铁、三氧化二铁或四氧化三铁；

所述有机碳为葡萄糖、聚糖醇、聚乙烯醇或聚乙二醇。

为达到以上目的，本发明还可以采用如下技术方案：

一种聚丙烯腈裂解碳包覆的磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

1)将锂源、铁源与活性碳石墨按Li∶Fe∶C摩尔比为(1.03～1.06)∶1∶0.55混合加入玛瑙罐中得混合物，再加入占混合物总重量6％的有机碳和混合物体积的1.5倍的无水乙醇，调成粘稠状；