一种磷化锂电极的制备方法与流程

1.本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种磷化锂电极的制备方法。


背景技术：

2.充放电电池在我们生活中的诸多领域发挥着作用。然而，当前锂离子电池性能正逼近其理论极限，其低能量密度限制了其在诸多新兴领域的应用。为了提高锂离子电池的比能量，开发出具有高比容量的电极材料极其重要。磷化锂因其比容量高达1550mah/g而被认为是下一代锂离子电池理想的电极材料。
3.然而，磷化锂电极的商业化，仍面临着一些问题，包括磷化锂电子导电性不佳，磷化锂充放电过程中体积变化较大。近年来，研究人员针对如何提高磷化锂电极的性能，特别是抑制磷化锂电极充放电过程中的体积变化做了许多研究。最有效的方法就是通过机械球磨法将磷化锂与碳材料混合，如将碳纳米管、介孔碳、碳球等碳材料与磷化锂混合。然而，由于磷化锂具有熔点高且力学强度高的特点，传统方法既不能很好地将磷化锂纳米化，又不能有效地将其与碳材料混合均匀，导致磷化锂电极的库伦效率低，循环稳定性差。因此，还需寻求一种更有效的制备磷化锂电极的方法。


技术实现要素：

4.鉴于以上存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种磷化锂电极材料的制备方法，可以很好地制备纳米尺度的磷化锂颗粒，并同步实现纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆，从而提高磷化锂电极的电子导电性，抑制磷化锂电极充放电过程中的体积膨胀，提高磷化锂电极的库伦效率，改善磷化锂电极的循环稳定性。
5.为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种磷化锂电极的制备方法，至少包括以下步骤：
7.步骤s1,将磷酸锂与有机物混合，加入酒精作为溶剂，质量比为5:2:2至5:10:2，采用剪切乳化手段将材料均匀混合；
8.步骤s2，将s1所得混合材料置于空气中低温加热去除酒精并固化，温度范围为150℃至400℃，固化时间为1h至5h；
9.步骤s3，将s2所得材料置于惰性气氛中高温处理得到纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆的材料，温度范围为650℃至1000℃，处理时间为2h至5h；
10.步骤s4,将s3所得材料与碳纳米管和聚偏氟乙烯混合，三者质量比为95:3:2至60:30:10，之后滴加n甲基吡咯，搅拌1h至5h，将混合材料涂覆于铜箔上作为电极材料。
11.优选地，在步骤s1中，采用有机物为酚醛树脂，磷酸锂、酚醛树脂、酒精混合质量比为5:3:2。
12.优选地，在步骤s2中，固化温度为300℃，固化时间为2h。
13.优选地，在步骤s3中，高温处理温度为900℃，处理时间为3h。
14.优选地，在步骤s4中，s3所得材料与碳纳米管和聚偏氟乙烯三者质量比为90:5:5。
15.采用本发明的技术方案，可以很好地制备纳米尺度的磷化锂颗粒，并同步实现纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆，从而提高磷化锂电极的电子导电性，抑制磷化锂电极充放电过程中的体积膨胀，提高磷化锂电极的库伦效率，改善磷化锂电极的循环稳定性。相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
16.(1)本发明提出的方法工艺简单，易于实现。
17.(2)有利于制备纳米尺度的磷化锂颗粒。
18.(3)有利于同步实现纳米磷化锂颗粒的碳包覆。
19.(4)提高了磷化锂电极的比容量，增强了磷化锂电极的循环稳定性。
附图说明
20.图1为本发明一种磷化锂电极的制备方法的流程框图。
21.图2为本发明实例化1的磷化锂电极在0.2c充放电电流下的循环容量曲线以及传统球磨方法制备的磷化锂电极在0.2c充放电电流下的循环容量曲线；其中，(a)本发明实例化1的所得磷化锂电极在0.2c充放电电流下的循环容量曲线；(b)为传统方法制备的磷化锂电极在0.2c充放电电流下的循环容量曲线。
22.如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
23.为了能更好说明本发明的流程和方案，结合附图和实施例对以下发明进行进一步的说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提出了一种新型的磷化锂电极的制备方法，参见图1，所示为本发明方法的流程框图，至少包括以下步骤：
25.步骤s1,将磷酸锂与有机物混合，加入酒精作为溶剂，质量比为5:2:2至5:10:2，采用剪切乳化手段将材料均匀混合；
26.步骤s2，将s1所得混合材料置于空气中低温加热去除酒精并固化，温度范围为150℃至400℃，固化时间为1h至5h；
27.步骤s3，将s2所得材料置于惰性气氛中高温处理得到纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆的材料，温度范围为650℃至1000℃，处理时间为2h至5h；
28.步骤s4,将s3所得材料与碳纳米管和聚偏氟乙烯混合，三者质量比为95:3:2至60:30:10，之后滴加n甲基吡咯，搅拌1h至5h，将混合材料涂覆于铜箔上作为电极材料。
29.上述技术方案中，可以很好地制备纳米尺度的磷化锂颗粒，并同步实现纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆，从而提高磷化锂电极的电子导电性，抑制磷化锂电极充放电过程中的体积膨胀，提高磷化锂电极的库伦效率，改善磷化锂电极的循环稳定性。
30.实例化1
31.磷化锂电极采用如下制备工艺：
32.步骤s1,将磷酸锂与有机物混合，加入酒精作为溶剂，质量比为5:3:2，采用剪切乳化手段将材料均匀混合；
33.步骤s2，将s1所得混合材料置于空气中低温加热去除酒精并固化，温度为200℃，固化时间为2h；
34.步骤s3，将s2所得材料置于惰性气氛中高温处理得到纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆的材料，温度为900℃，处理时间为3h；
35.步骤s4,将s3所得材料与碳纳米管和聚偏氟乙烯混合，三者质量比为90:5:5，之后滴加n甲基吡咯，搅拌2h，将混合材料涂覆于铜箔上作为电极材料。
36.实例化2
37.磷化锂电极采用如下制备工艺：
38.s1,将磷酸锂与有机物混合，加入酒精作为溶剂，质量比为5:2:2，采用剪切乳化手段将材料均匀混合；
39.s2，将s1所得混合材料置于空气中低温加热去除酒精并固化，温度为150℃，固化时间为1h；
40.s3，将s2所得材料置于惰性气氛中高温处理得到纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆的材料，温度为650℃，处理时间为2h；
41.s4,将s3所得材料与碳纳米管和聚偏氟乙烯混合，三者质量比为95:3:2，之后滴加n甲基吡咯，搅拌1h，将混合材料涂覆于铜箔上作为电极材料。
42.实例化3
43.磷化锂电极采用如下制备工艺：
44.s1,将磷酸锂与有机物混合，加入酒精作为溶剂，质量比为5:10:2，采用剪切乳化手段将材料均匀混合；
45.s2，将s1所得混合材料置于空气中低温加热去除酒精并固化，温度为400℃，固化时间为5h；
46.s3，将s2所得材料置于惰性气氛中高温处理得到纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆的材料，温度为1000℃，处理时间为5h；
47.s4,将s3所得材料与碳纳米管和聚偏氟乙烯混合，三者质量比为60:30:10，之后滴加n甲基吡咯，搅拌5h，将混合材料涂覆于铜箔上作为电极材料。
48.实例化4
49.磷化锂电极采用如下制备工艺：
50.s1,将磷酸锂与有机物混合，加入酒精作为溶剂，质量比为5:8:2，采用剪切乳化手段将材料均匀混合；
51.s2，将s1所得混合材料置于空气中低温加热去除酒精并固化，温度为300℃，固化时间为4h；
52.s3，将s2所得材料置于惰性气氛中高温处理得到纳米磷化锂颗粒被碳壳包覆的材料，温度为800℃，处理时间为5h；
53.s4,将s3所得材料与碳纳米管和聚偏氟乙烯混合，三者质量比为95:3:2，之后滴加n甲基吡咯，搅拌1h，将混合材料涂覆于铜箔上作为电极材料。
54.参见图2所示，其中，图2(a)为本发明实例化1的所得磷化锂电极在0.2c充放电电流下的循环容量曲线，其比容量可以达到1459mah/g，循环100次后容量仍有1290mah/g。图2(b)为传统方法制备的磷化锂电极的电化学性能。
55.进一步地，对上述方法进行性能测试。具体测试过程如下：采用半电池测试磷化锂电极，负极为锂片，celgard2325作为隔膜，电解液为1m的lipf6溶解在碳酸乙烯酯、碳酸二
乙酯和碳酸二甲酯的溶液，在湿度和氧气浓度低于1ppm，充满氩气保护的手套箱中，使用lir2032硬币型电池壳组装电池。在充放电测试系统中，充放电测试电压为0.01
–
2v.。
56.从上述分析可以得出，该方法制备的磷化锂电极中的磷化锂能均匀分散于电极中，从而有效提升了磷化锂电极的电子导电性，抑制了磷化锂电极充放电过程中的体积变化。从所得磷化锂电极在0.2c充放电电流下的循环容量曲线可以看出，其比容量可以达到1459mah/g，循环100次后容量仍保持了1290mah/g。说明该方法有效提高了磷化锂电极的循环稳定性。
57.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
58.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。