ES2978581A2 - Fosfato de hierro-litio dopado encapsulado en ligando, metodo de preparacion y uso correspondientes - Google Patents
Fosfato de hierro-litio dopado encapsulado en ligando, metodo de preparacion y uso correspondientes Download PDFInfo
- Publication number
- ES2978581A2 ES2978581A2 ES202390161A ES202390161A ES2978581A2 ES 2978581 A2 ES2978581 A2 ES 2978581A2 ES 202390161 A ES202390161 A ES 202390161A ES 202390161 A ES202390161 A ES 202390161A ES 2978581 A2 ES2978581 A2 ES 2978581A2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- iron phosphate
- ligand
- lithium iron
- phosphate
- lifepo4
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 105
- 239000003446 ligand Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 95
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 62
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 92
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 71
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 43
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 40
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 29
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 24
- 229910000398 iron phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 23
- -1 1,6-bis(1H-imidazol-4-ylformyl)-hexane Chemical compound 0.000 claims description 21
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 16
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 11
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- TXXWBTOATXBWDR-UHFFFAOYSA-N n,n,n',n'-tetramethylhexane-1,6-diamine Chemical compound CN(C)CCCCCCN(C)C TXXWBTOATXBWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 8
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 8
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 8
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 8
- 239000002686 phosphate fertilizer Substances 0.000 claims description 8
- 239000006188 syrup Substances 0.000 claims description 8
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 claims description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 7
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 7
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 6
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 6
- PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;potassium Chemical compound [K].OP(O)(O)=O PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 5
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 229910018669 Mn—Co Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 4
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N methacrylamide Chemical compound CC(=C)C(N)=O FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K tripotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- HMBWJXBLKJUNEP-UHFFFAOYSA-N 1-[4-(4-acetyl-n-(4-acetylphenyl)anilino)phenyl]ethanone Chemical compound C1=CC(C(=O)C)=CC=C1N(C=1C=CC(=CC=1)C(C)=O)C1=CC=C(C(C)=O)C=C1 HMBWJXBLKJUNEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 100676-05-9 Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC1C(O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(O)C(O)C2O)CO)O1 OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004254 Ammonium phosphate Substances 0.000 claims description 2
- CXRFDZFCGOPDTD-UHFFFAOYSA-M Cetrimide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C CXRFDZFCGOPDTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N Maltose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005819 Potassium phosphonate Substances 0.000 claims description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 2
- 229910000148 ammonium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019289 ammonium phosphates Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910000388 diammonium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019838 diammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- YXXXKCDYKKSZHL-UHFFFAOYSA-M dipotassium;dioxido(oxo)phosphanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][P+]([O-])=O YXXXKCDYKKSZHL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XJWSAJYUBXQQDR-UHFFFAOYSA-M dodecyltrimethylammonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C XJWSAJYUBXQQDR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229960004887 ferric hydroxide Drugs 0.000 claims description 2
- VEPSWGHMGZQCIN-UHFFFAOYSA-H ferric oxalate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O VEPSWGHMGZQCIN-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- 235000001727 glucose Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000012907 honey Nutrition 0.000 claims description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- IEECXTSVVFWGSE-UHFFFAOYSA-M iron(3+);oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Fe+3] IEECXTSVVFWGSE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K iron(3+);triacetate Chemical compound [Fe+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910000160 potassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011009 potassium phosphates Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- SZEMGTQCPRNXEG-UHFFFAOYSA-M trimethyl(octadecyl)azanium;bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C SZEMGTQCPRNXEG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 38
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 17
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 9
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 8
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 8
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 8
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- VBIIFPGSPJYLRR-UHFFFAOYSA-M Stearyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C VBIIFPGSPJYLRR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- PQUCIEFHOVEZAU-UHFFFAOYSA-N Diammonium sulfite Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S([O-])=O PQUCIEFHOVEZAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- BBLSYMNDKUHQAG-UHFFFAOYSA-L dilithium;sulfite Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]S([O-])=O BBLSYMNDKUHQAG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 4
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QTHUZSQFPSUVJA-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Zr].[Co].[Mn] Chemical compound [Cu].[Zr].[Co].[Mn] QTHUZSQFPSUVJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 description 3
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910000373 gallium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- SBDRYJMIQMDXRH-UHFFFAOYSA-N gallium;sulfuric acid Chemical compound [Ga].OS(O)(=O)=O SBDRYJMIQMDXRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- HCOGAZTYXMWOMJ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Zn] Chemical compound [Mn].[Co].[Zn] HCOGAZTYXMWOMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHYCDGTYKTYCEH-UHFFFAOYSA-N [Zr].[Cu].[Mn] Chemical compound [Zr].[Cu].[Mn] MHYCDGTYKTYCEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BJLLEZDLIAARQJ-UHFFFAOYSA-N cobalt copper manganese Chemical compound [Mn][Cu][Co] BJLLEZDLIAARQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical compound CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001512 metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J zirconium(4+);disulfate Chemical compound [Zr+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IDSMHEZTLOUMLM-UHFFFAOYSA-N [Li].[O].[Co] Chemical class [Li].[O].[Co] IDSMHEZTLOUMLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WIINZSNDMQYCIR-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Zn].[Co].[Cu] Chemical compound [Mn].[Zn].[Co].[Cu] WIINZSNDMQYCIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- YNQRWVCLAIUHHI-UHFFFAOYSA-L dilithium;oxalate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C(=O)C([O-])=O YNQRWVCLAIUHHI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- FPNCFEPWJLGURZ-UHFFFAOYSA-L iron(2+);sulfite Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])=O FPNCFEPWJLGURZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L lithium sulfate Inorganic materials [Li+].[Li+].[O-]S([O-])(=O)=O INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XKPJKVVZOOEMPK-UHFFFAOYSA-M lithium;formate Chemical compound [Li+].[O-]C=O XKPJKVVZOOEMPK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 235000002867 manganese chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 description 1
- 229940099607 manganese chloride Drugs 0.000 description 1
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- BHZRJJOHZFYXTO-UHFFFAOYSA-L potassium sulfite Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])=O BHZRJJOHZFYXTO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000019252 potassium sulphite Nutrition 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 235000010265 sodium sulphite Nutrition 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 3-aminoazetidine-1-carboxylate;hydrochloride Chemical compound Cl.CC(C)(C)OC(=O)N1CC(N)C1 RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
- C01B25/26—Phosphates
- C01B25/45—Phosphates containing plural metal, or metal and ammonium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
Fosfato de litio y hierro dopado encapsulado en ligando, y un método de preparación para el mismo y la utilización del mismo. El fosfato de litio y hierro dopado encapsulado en ligando tiene una fórmula general de LiFePO4@Mn-T-C/N; y T es por lo menos uno de entre zinc, níquel, cobre, hierro, cobalto, zirconio, aluminio, galio y cromo. El fosfato de litio y hierro dopado encapsulado en ligando está en un tipo de dopado mediante dopaje con un conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto. El conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto presenta un tamaño de partícula de 80 a 150 nm y, por tanto, puede soportar mayor tensión y reducir la probabilidad de agrietamiento. La integridad estructural del fosfato de litio y hierro esférico dopado con el conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto es más fácil de controlar.
Description
DESCRIPCIÓN
Fosfato de litio y hierro dopado encapsulado en ligando, y método de preparación para el mismo y utilización del mismo
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo técnico de baterías de iones de litio, y más particularmente, se refiere a un fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando, a un método de preparación para el mismo, y a la aplicación del mismo.
Estado de la técnica
Actualmente, los materiales de electrodo positivo relativamente maduros para baterías de litio contienen principalmente un metal de transición (óxidos de litio-cobalto, manganato de litio, estructuras de tipo olivino, etc.), y compuestos de flúor y cloro. Los materiales de electrodo positivo de óxido de litio-cobalto son el modelo de negocio con más éxito, inicialmente comercializados por Sony Corporation. Sin embargo, la principal limitación de los mismos se encuentra en un coste excesivamente alto, junto con una baja estabilidad térmica, que provoca fácilmente combustión espontánea, por ejemplo, explosiones y combustiones espontáneas en algunas marcas de teléfonos móviles y vehículos eléctricos. El manganato de litio presenta una toxicidad relativamente baja, es económico y presenta un rendimiento de ciclo particularmente bajo, lo que también limita la comercialización adicional del manganato de litio. Se han estudiado ampliamente cloruros y fluoruros metálicos debido a su mayores capacidades y capacidades específicas teóricas. Sin embargo, los cloruros y fluoruros metálicos a menudo experimentan problemas, tales como conductividad eléctrica deficiente, expansión de volumen y reacciones secundarias no deseadas.
El material de fosfato de litio y hierro (LFP), que presenta una estructura de tipo olivino y es económico, extremadamente estable, no tóxico y respetuoso con el medioambiente, es particularmente adecuado para aplicaciones en baterías de litio de potencia. Sin embargo, la eficiencia de carga-descarga del mismo no es satisfactoria. Dadas sus excelentes propiedades, merece la pena estudiar la modificación y la mejora de la eficiencia de cargadescarga del fosfato de litio y hierro. En general, los experimentos de modificación única están a menudo limitados por las condiciones, y los efectos de la modificación no son buenos, especialmente para materiales de electrodo positivo de fosfato de litio y hierro.
Descripción de la invención
La presente invención tiene como objetivo resolver por lo menos uno de los problemas técnicos mencionados anteriormente que existen en la técnica anterior. Con este fin, la presente invención propone un fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando, un método de preparación para el mismo, y la aplicación del mismo. El fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando presenta una estabilidad estructural y rendimiento electroquímico excelentes.
Para lograr el objetivo anterior, la presente invención utiliza las siguientes soluciones técnicas:
Se proporciona un fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando con una fórmula general de LiFePO4@Mn-T-C/N, en la que T es por lo menos uno de entre zinc, níquel, cobre, hierro, cobalto, zirconio, aluminio, galio o cromo.
Preferentemente, T es por lo menos uno de entre zinc, níquel, cobre, cobalto, zirconio o galio.
Preferentemente, Mn-T-C/N es Mn-T soportado sobre C/N. C/N es un conductor con microesferas de carbono.
Preferentemente, el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando es uno de entre LiFePO4@Mn-Zn/Ga-C/N, LiFePO4@Mn-Cu/Co/Zr-C/N, LiFePO4@Mn-Zn/Co-C/N, LiFePO4@Mn-Co/Cu-C/N, LiFePO4@Mn-Zr/Cu-C/N, LiFePO4@Mn-Zr/Cu/Co-C/N o LiFePO4@Mn-Zn/Cu/Co-C/N.
Se proporciona un método para preparar un fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando, en el que el método de preparación se utiliza para preparar el fosfato de litio y hierro recubierto mencionado anteriormente.
En particular, el método para preparar un fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando comprende las siguientes etapas:
mezclar un fertilizante de fosfato, una fuente de hierro y un regulador, calentar la mezcla para una reacción, llevar a cabo la separación sólido-líquido, y tomar la fase sólida para una primera calcinación para obtener fosfato de hierro;
mezclar el fosfato de hierro con una fuente de litio, una fuente de carbono y un conductor con microesferas de carbono, agitar la mezcla, y someter la mezcla a una segunda calcinación para obtener fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono; y
mezclar el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono con un sulfito y un ligando en fase líquida, agitar la mezcla, y someter la mezcla a envejecimiento, reticulación, y una tercera calcinación para obtener el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando, en el que el conductor con microesferas de carbono comprende nanoesferas de carbono, 1,6-bis(dimetilamino)hexano, una fuente de manganeso, una fuente de T, metacrilamida y un dispersante; y la fuente de T comprende por lo menos uno de entre sales de cloruro solubles, nitratos, o sulfatos de zinc, níquel, cobre, hierro, cobalto, zirconio, aluminio, galio o cromo.
Preferentemente, la razón molar de P en el fertilizante de fosfato con respecto a Fe en la fuente de hierro con respecto a Li en la fuente de litio con respecto a C en la fuente de carbono es de 1:(0.95-1.10):(0.95-1.15):(0.05-0.30).
Preferentemente, el fertilizante de fosfato es por lo menos uno de entre dihidrogenofosfato de amonio, hidrogenofosfato de diamonio, fosfato de amonio, dihidrogenofosfato de potasio, hidrogenofosfato de dipotasio, fosfato de potasio o fosfito de potasio.
Además, preferentemente, la pureza del fertilizante de fosfato alcanza la calidad para baterías.
Más preferentemente, en el fertilizante de fosfato, Ca < 50 ppm, Mg < 50 ppm, zinc < 50 ppm, potasio < 100 ppm, sodio < 100 ppm, F < 10 ppm, S < 30 ppm, y Cl < 30 ppm.
Preferentemente, la fuente de hierro es por lo menos uno de entre cloruro férrico, acetato férrico, nitrato férrico, sulfato férrico, hidróxido férrico u oxalato férrico.
Preferentemente, la reacción calentada comprende además controlar el pH del sistema de reacción para que sea inferior o igual a 3.0.
Preferentemente, el regulador es por lo menos uno de entre bromuro de octadeciltrimetilamonio, bromuro de cetiltrimetilamonio, bromuro de tetradeciltrimetilamonio o bromuro de dodeciltrimetilamonio.
Preferentemente, la cantidad añadida del regulador es de 0.001-0.010 de la masa total del fertilizante de fosfato y la fuente de hierro.
Preferentemente, la fuente de litio es por lo menos uno de entre hidróxido de litio, carbonato de litio, cloruro de litio, formiato de litio, fosfato de litio, oxalato de litio, sulfato de litio, nitrato de litio o bromuro de litio.
Preferentemente, la fuente de carbono es por lo menos uno de entre polvo de maltosa, jarabe de maíz, miel, polvo de glucosa o almidón.
Preferentemente, la atmósfera de la primera calcinación es una de entre N2, Ne, Ar o Kr.
Preferentemente, la temperatura de la primera calcinación es de 380 a 950 °C, y el tiempo de la primera calcinación es de 4 a 20 h.
Preferentemente, la cantidad añadida del conductor con microesferas de carbono es de 0.001-0.05 de la masa total del fosfato de hierro y la fuente de litio.
Preferentemente, el método para preparar el conductor con microesferas de carbono comprende las siguientes etapas: (1) mezclar de manera uniforme nanoesferas de carbono, una fuente de manganeso, una fuente de T, metacrilamida y un dispersante, y agitar, centrifugar, filtrar y secar la mezcla para obtener un precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto; y (2) mezclar de manera uniforme el precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto con 1,6-bis(dimetilamino)hexano y un dispersante y someter la mezcla a un tratamiento térmico para obtener el conductor con microesferas de carbono.
Más preferentemente, las nanoesferas de carbono, la fuente de manganeso, la fuente de T, la metacrilamida y el dispersante se mezclan a una razón de sólido con respecto a líquido de (0.5-5) g:(0.1-1) g:(0.1-1) g:(1-5) mL:(5-20) mL.
Más preferentemente, el tratamiento térmico presenta una temperatura comprendida entre 300 y 800 °C y un tiempo de 30 a 120 min.
Preferentemente, la fuente de manganeso es por lo menos uno de entre cloruro de manganeso, nitrato de manganeso o sulfato de manganeso.
Preferentemente, el dispersante es por lo menos uno de entre metanol, etanol, etilenglicol, glicerol, poli(alcohol vinílico), polietilenglicol, n-butanol, isobutanol o agua.
Preferentemente, la temperatura de envejecimiento es de 95-150 °C, y el tiempo de envejecimiento es de 4-12 h.
Preferentemente, la atmósfera de la segunda calcinación es una de entre N2, Ne, Ar o Kr.
Preferentemente, la temperatura de la segunda calcinación es de 380 a 950 °C, y el tiempo de la segunda calcinación es de 4 a 20 h.
Preferentemente, el sulfito es por lo menos uno de entre sulfito de hierro, sulfito de sodio, sulfito de potasio, sulfito de litio o sulfito de amonio.
Preferentemente, la cantidad añadida del sulfito es de 0.001 a 0.1 de la masa del fosfato de litio y hierro, y además preferentemente, la cantidad añadida del sulfito es de 0.003 a 0.01 de la masa del fosfato de litio y hierro.
Preferentemente, el ligando en fase líquida se forma mezclando un ligando y un dispersante a una razón de sólido con respecto a líquido de (0.1-0.5):(2-10) g/mL.
Además preferentemente, la cantidad añadida del ligando es de 0.0001-0.03 de la masa del fosfato de litio y hierro.
Más preferentemente, la cantidad añadida del ligando es de 0.005-0.01 de la masa del fosfato de litio y hierro.
Además preferentemente, el ligando es por lo menos uno de entre 1,6-bis(1H-imidazol-4-ilformil)-hexano, 1,2-bis(1H-imidazol-4-carboxamido)etano, 4-hidroxi-(1,1’-bifenil)-3,5-dicarboxilato de dimetilo o 1,1’,1’’-(nitrilotris(benceno-4,1-diil))trietanona.
Preferentemente, la atmósfera de la tercera calcinación es una de entre N2, Ne, Ar o Kr.
Preferentemente, la temperatura de la tercera calcinación está comprendida entre 380 y 950 °C, y el tiempo de la tercera calcinación es de 4 a 18 h.
La presente invención proporciona además una batería que comprende el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando.
En comparación con la técnica anterior, la presente invención presenta los siguientes beneficios:
1. El tipo de dopado para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de la presente invención se refiere a un dopado con un conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto. El conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto presenta un tamaño de partícula que alcanza un nivel de 80 a 150 nm y, por tanto, puede soportar una tensión a una mayor intensidad, reduciendo de ese modo la probabilidad de agrietamiento. Después de ser dopado con el conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto, el fosfato de litio y hierro esférico deriva en un control más fácil de la integridad estructural del material. Además, puede contribuir a un área superficial específica considerable, y el efecto sinérgico de diversos iones metálicos soportados por el conductor con microesferas de carbono puede acortar la trayectoria de migración de los electrones en el interior del material y mejorar la conductividad eléctrica del material. Por tanto, el dopado con el conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto puede estabilizar la estabilidad de la estructura global del material de fosfato de litio y hierro esférico y mejorar el rendimiento electroquímico. Tras 50 ciclos de descarga, en comparación con los preparados en los ejemplos comparativos 1-3, los fosfatos de litio y hierro preparados en las formas de realización 1-6 tienen mayores capacidades de descarga específicas y estructuras superiores, y también, en consecuencia, potencian y mejoran el rendimiento de ciclo de un material de electrodo positivo de fosfato de litio y hierro. En cuanto al recubrimiento con ligando para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando, una estructura de entramado de Mn-T-C/N formada por una parte de ligando en fase líquida con Mn y T reforzará el fosfato de litio y hierro esférico.
2. En el método de preparación de la presente invención, el fosfato de litio y hierro se mezcla con un sulfito y un ligando en fase líquida y se agitan, y la mezcla se somete a envejecimiento, reticulación, y una tercera calcinación. Por un lado, la adición del sulfito impide que se oxide el hierro en el fosfato de litio y hierro esférico, lo que favorece el recubrimiento con ligando en fase líquidaex situ.Por otro lado, después del envejecimiento del fosfato de litio y hierro esférico en el ligando en fase líquida, puede producirse la reticulación con los metales soportados por el conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto dopante; además, el conductor con microesferas de carbono dopante en el fosfato de litio y hierro esférico soporta los metales Mn y T, una parte de ligando en fase líquida formará una estructura de entramado de Mn-T-C/N con Mn y T, y la estructura de entramado de Mn-T-C/N mejorará el fosfato de litio y hierro esférico. La estrategia de recubrimiento del recubrimiento del material de electrodo positivo de fosfato de litio y hierro con el ligando en fase líquida proporciona una nueva idea para la modificación de un material de electrodo positivo. 3. El conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto de la presente invención presenta no solo una conductividad eléctrica relativamente alta y una alta estabilidad química, sino también un bajo coste de fabricación y una síntesis simple. Por tanto, esto tiene un impacto positivo en la mejora del material de electrodo positivo de fosfato de litio y hierro y favorece una aplicación comercial adicional del material de electrodo positivo de fosfato de litio y hierro.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una imagen de SEM de un conductor con microesferas de carbono preparado en la forma de realización 4 de la presente invención;
la figura 2 es una imagen de TEM del conductor con microesferas de carbono preparado en la forma de realización 4 de la presente invención;
la figura 3 es una imagen de SEM de un fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando preparado en la forma de realización 4 de la presente invención; y
la figura 4 es un gráfico de capacidad de descarga específica de los fosfatos de litio y hierro dopados recubiertos con ligando preparados en la forma de realización 4 de la presente invención y la forma de realización comparativa 3 desde la 1a hasta la 50a descargas.
Descripción detallada de unas formas de realización de la invención
El concepto de la presente invención y los efectos técnicos producidos por la misma se describirán clara y completamente a continuación haciendo referencia a las formas de realización para entender completamente los objetivos, las características y los efectos de la presente invención. Obviamente, las formas de realización descritas son solo algunas, no todas, de las formas de realización de la presente invención. Otras formas de realización obtenidas por los expertos en la materia basándose en las formas de realización de la presente invención sin implicar ningún esfuerzo inventivo se encuentran todas dentro del alcance de protección de la presente invención.
Forma de realización 1
El fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización tiene una fórmula química de LiFePO4@Mn-Zn/Ga-C/N.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 100 mL de dihidrogenofosfato de amonio 0.74 mol/L y 70 mL de sulfato férrico 0.50 mol/L a un recipiente de reacción con una capacidad de 500 mL y se agita, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de un disolución que contiene 0.20 g de cloruro de octadeciltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.3, se envía el recipiente de reacción a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, se filtra el producto, se lava y se seca para obtener 11.7 g de fosfato de hierro esférico;
(2) se mezclan de manera uniforme 2.5 g de nanoesferas de carbono, 0.05 g de sulfato de manganeso, 0.05 g de cloruro de zinc, 0.05 g de sulfato de galio, 1.2 g de metacriloílo y 5 mL de agua desionizada y se agitan, y la mezcla se centrifuga, se filtra y se envía a una caja de secado para su secado a 150 °C durante 5 h para obtener 3.3 g de un precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zinc-galio;
(3) se mezclaron de manera uniforme 3.3 g del precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zinc-galio, 0.5 g de 1,6-bis(dimetilamino)hexano y 7 mL de etanol, y la mezcla se envía a una caja de secado para un tratamiento en el Ar de carga a 420 °C durante 35 min para obtener 3.7 g de un conductor con microesferas de carbono;
(4) se mezclan 11.7 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 0.1 g del conductor con microesferas de carbono, 1.8 g de hidróxido de litio, 0.3 g de jarabe de maíz y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.3 g de un fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono; y
(5) se añaden 0.15 g de sulfito de amonio, 12.3 g del fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono y 15 mL de polietilenglicol (que contiene 0.35 g de 1,6-bis(1H-imidazol-4-ilformil)-hexano) a un recipiente de reacción y se agitan, la mezcla se envejece a 95 °C durante 10 h, se calienta adicionalmente en el Ar de carga a 450 °C durante 7.5 h, y después de su triturado, lavado, secado y desmagnetización, se obtiene el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono recubierto con ligando LiFePO4@Mn-Zn/Ga-C/N.
Forma de realización 2
El fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta realización tiene una fórmula química de LiFePO4@Mn-Zn/Co-C/N.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 110 mL de dihidrogenofosfato de amonio 0.74 mol/L y 73 mL de sulfato férrico 0.50 mol/L a un recipiente de reacción resistente a alta temperatura con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de una disolución que contiene 0.20 g de cloruro de octadeciltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.3, se envía el recipiente de reacción a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, se filtra el producto, se lava y se seca para obtener 11.7 g de fosfato de hierro esférico;
(2) se mezclan de manera uniforme 2.5 g de nanoesferas de carbono, 0.05 g de sulfato de manganeso, 0.05 g de cloruro de zinc, 0.05 g de sulfato de cobalto, 1.0 g de metacriloílo y 5 mL de agua desionizada y se agitan, y la mezcla se centrifuga, se filtra y se envía a una caja de secado para su secado a 150 °C durante 5 h para obtener 3.3 g de un precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zinc-cobalto;
(3) se mezclan de manera uniforme 3.3 g del precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zinc-cobalto, 0.5 g de 1,6-bis(dimetilamino)hexano y 7 mL de etanol, y se envía la mezcla a una caja de secado para un tratamiento en el Ar de carga a 420 °C durante 35 min para obtener 3.7 g de un conductor con microesferas de carbono;
(4) se mezclan 11.7 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 0.15 g del conductor con microesferas de carbono, 1.8 g de hidróxido de litio, 0.3 g de jarabe de maíz y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.4 g de un fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono; y
(5) se añaden 0.18 g de sulfito de amonio, 12.4 g del fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono y 18 mL de polietilenglicol (que contiene 0.4 g de 1,6-bis(1H-imidazol-4-ilformil)-hexano) a un recipiente de reacción y se agitan, la mezcla se envejece a 95 °C durante 10 h y se calienta adicionalmente en el Ar de carga a 540 °C durante 6 h, y después de su triturado, lavado, secado y desmagnetización, se obtienen el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono recubierto con ligando LiFePO4@Mn-Zn/Co-C/N.
Forma de realización 3
El fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización tiene una fórmula química de LiFePO4@Mn-Co/Cu-C/N.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 115 mL de dihidrogenofosfato de amonio 0.74 mol/L y 75 mL de sulfato férrico 0.50 mol/L a un recipiente de reacción resistente a alta temperatura con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 25 mL de una disolución que contiene 0.20 g de cloruro de octadeciltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.4, el recipiente de reacción se envía a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, el producto se filtra, se lava y se seca para obtener 11.9 g de fosfato de hierro esférico;
(2) se mezclan de manera uniforme 2.5 g de nanoesferas de carbono, 0.06 g de sulfato de manganeso, 0.06 g de cloruro de zinc, 0.04 g de sulfato de galio, 1.5 g de metacriloílo y 9 mL de agua desionizada y se agitan, y la mezcla se centrifuga, se filtra y se envía a una caja de secado para su secado a 150 °C durante 5 h para obtener 3.5 g de un precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-cobalto-cobre;
(3) se mezclan de manera uniforme 3.5 g del precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-cobalto-cobre, 0.65 g de 1,6-bis(dimetilamino)hexano y 7 mL de etanol, y la mezcla se envía a una caja de secado para un tratamiento en el Ar de carga a 420 °C durante 35 min para obtener 3.9 g de un conductor con microesferas de carbono;
(4) se mezclan 11.9 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 0.2 g del conductor con microesferas de carbono, 1.9 g de hidróxido de litio, 0.3 g de jarabe de maíz y 22 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.3 g de un fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono; y
(5)se añaden 0.2 g de sulfito de amonio, 12.3 g del fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono y 20 mL de polietilenglicol (que contiene 0.5 g de 1,2-bis(1H-imidazol-4-carboxamido)etano) a un recipiente de reacción y se agitan, la mezcla se envejece a 120 °C durante 9 h y se calienta adicionalmente en el Ar de carga a 590 °C durante 5 h, y después de su triturado, lavado, secado y desmagnetización, se obtiene el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono recubierto con ligando LiFePO4@Mn-Co/Cu-C/N.
Forma de realización 4
El fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización tiene una fórmula química de LiFePO4@Mn-Zr/Cu-C/N.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 110 mL de dihidrogenofosfato de potasio 0.74 mol/L y 70 mL de nitrato férrico 0.53 mol/L a un recipiente de reacción resistente a alta temperatura con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de una disolución que contiene 0.20 g de bromuro de cetiltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.6, el recipiente de reacción se envía a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, se filtra el producto, se lava y se seca para obtener 11.8 g de fosfato de hierro esférico;
(2) se mezclan de manera uniforme 2.5 g de nanoesferas de carbono, 0.10 g de sulfato de manganeso, 0.05 g de sulfato de zirconio, 0.08 g de cloruro de cobre, 1.0 g de metacriloílo y 6 mL de agua desionizada y se agitan, y la mezcla se centrifuga, se filtra y se envía a una caja de secado para su secado a 150 °C durante 5 h para obtener 2.9 g de un precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zirconio-cobre;
(3) se mezclan de manera uniforme 2.9 g del precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zirconio-cobre, 0.5 g de 1,6-bis(dimetilamino)hexano y 7 mL de etanol, y se envía la mezcla a una caja de secado para un tratamiento en el Ar de carga a 460 °C durante 42 min para obtener 3.3 g de un conductor con microesferas de carbono;
(4)se mezclan 11.8 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 1.85 g de hidróxido de litio, 0.3 g de glucosa, 0.2 g del conductor con microesferas de carbono, y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.3 g de un fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono; y
(5)se añaden 0.12 g de sulfito de litio, 12.3 g del fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono y 12 mL de polietilenglicol (que contiene 0.3 g de 4-hidroxi-(1,1’-bifenil)-3,5-dicarboxilato de dimetilo) a un recipiente de reacción y se agitan, la mezcla se envejece a 130 °C durante 7 h y se calienta adicionalmente en el Ar de carga a 650 °C durante 4 h, y después de su triturado, lavado, secado y desmagnetización, se obtiene el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono recubierto con ligando LiFePO4@Mn-Zr/Cu-C/N.
La figura 1 es una imagen de SEM del conductor con microesferas de carbono de la realización 4 de la presente invención; y la figura 2 es una imagen de TEM del conductor con microesferas de carbono de la forma realización 4 de la presente invención. Con referencia a las figuras 1 y 2, el conductor con microesferas de carbono tiene un tamaño de entre 100 nm y 200 nm y es principalmente esférico; además, las partículas son relativamente uniformes, y una pequeña fracción de las mismas no se tritura completamente.
La figura 3 es una imagen de SEM del fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de la realización 4 de la presente invención. Podría concluirse a partir de la figura 3 que la forma de las partículas de fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando no es obvia, muchas partículas de fosfato de litio y hierro están unidas entre sí, el tamaño es de 100-300 nm, y se aumenta el diámetro de partícula.
Forma de realización 5
El fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización presenta una fórmula química de LiFePO4@Mn-Zr/Cu/Co-C/N.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta realización son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 100 mL de dihidrogenofosfato de potasio 0.74 mol/L y 76 mL de nitrato férrico 0.53 mol/L a un recipiente de reacción resistente a alta temperatura con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de una disolución que contiene 0.20 g de bromuro de cetiltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.3, se envía el recipiente de reacción a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, se filtra el producto, se lava y se seca para obtener 11.7 g de fosfato de hierro esférico;
(2) se mezclan de manera uniforme 4.0 g de nanoesferas de carbono, 0.12 g de sulfato de manganeso, 0.07 g de sulfato de zirconio, 0.12 g de cloruro de cobre, 0.04 g de sulfato de cobalto, 1.2 g de metacriloílo y 12 mL de agua desionizada y se agitan, y la mezcla se centrifuga, se filtra y se envía a una caja de secado para su secado a 150 °C durante 5 h para obtener 4.4 g de un precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zirconio-cobre-cobalto;
(3) se mezclan de manera uniforme 3.4 g del precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zirconio-cobrecobalto, 0.6 g de 1,6-bis(dimetilamino)hexano y 7 mL de etanol, y la mezcla se envía a una caja de secado para un tratamiento en el Ar de carga a 460 °C durante 42 min para obtener 3.6 g de un conductor con microesferas de carbono;
(4) se mezclan 11.7 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 1.8 g de hidróxido de litio, 0.35 g de glucosa, 0.25 g del conductor con microesferas de carbono y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.8 g de un fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono; y
(5) se añaden 0.15 g de sulfito de litio, 12.8 g del fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono y 18 mL de polietilenglicol (que contiene 0.35 g de 4-hidroxi-(1,1’-bifenil)-3,5-dicarboxilato de dimetilo) a un recipiente de reacción y se agitan, la mezcla se envejece a 140 °C durante 6 h y se calienta adicionalmente en el Ar de carga a 750 °C durante 3.5 h, y después de su triturado, lavado, secado y desmagnetización, se obtiene el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono recubierto con ligando LiFePO4@Mn-Zr/Cu/Co-C/N.
Forma de realización 6
El fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización presenta una fórmula química de LiFePO4@Mn-Zn/Cu/Co-C/N.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando de esta forma de realización son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 120 mL de dihidrogenofosfato de potasio 0.74 mol/L y 73 mL de nitrato férrico 0.53 mol/L a un recipiente de reacción resistente a alta temperatura con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de una disolución que contiene 0.20 g de bromuro de cetiltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.3, el recipiente de reacción se envía a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, el producto se filtra, se lava y se seca para obtener 11.7 g de fosfato de hierro esférico; (2) se mezclan de manera uniforme 4.2 g de nanoesferas de carbono, 0.10 g de sulfato de manganeso, 0.05 g de sulfato de zinc, 0.10 g de cloruro de cobre, 0.08 g de sulfato de cobalto, 1.5 g de metacriloílo y 15 mL de agua desionizada y se agitan, y la mezcla se centrifuga, se filtra y se envía a una caja de secado para su secado a 150 °C durante 5 h para obtener 4.6 g de un precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zirconio-cobre-cobalto;
(3) se mezclan de manera uniforme 2.9 g del precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zinc-cobre-cobalto, 0.5 g de 1,6-bis(dimetilamino)hexano y 7 mL de etanol, y la mezcla se envía a una caja de secado para un tratamiento en el Ar de carga a 460 °C durante 42 min para obtener 3.3 g de un conductor con microesferas de carbono;
(4) se mezclan 11.7 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 1.8 g de hidróxido de litio, 0.3 g de glucosa, 0.2 g del conductor con microesferas de carbono y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.3 g de un fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono; y
(5) se añaden 0.18 g de sulfito de litio, 12.1 g del fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono y 20 mL de polietilenglicol (que contiene 0.45 g de 4-hidroxi-(1,1’-bifenil)-3,5-dicarboxilato de dimetilo) a un recipiente de reacción y se agitan, la mezcla se envejece a 150 °C durante 4 h y se calienta adicionalmente en el Ar de carga a 950 °C durante 3 h, y después de su triturado, lavado, secado y desmagnetización, se obtiene el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono recubierto con ligando LiFePO4@Mn-Zn/Cu/Co-C/N.
Ejemplo comparativo 1 (sin dopado con conductor con microesferas de carbono)
El fosfato de litio y hierro recubierto con ligando de este ejemplo comparativo tiene una fórmula química de LiFePO4@-C/N.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro recubierto con ligando de este ejemplo comparativo son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 100 mL de dihidrogenofosfato de amonio 0.74 mol/L y 73 mL de sulfato férrico 0.50 mol/L a un recipiente de reacción con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de una disolución que contiene 0.20 g de cloruro de octadeciltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.3, el recipiente de reacción se envía a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, se filtra el producto, se lava y se seca para obtener 11.7 g de fosfato de hierro esférico;
(2) se mezclan 11.7 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 1.8 g de hidróxido de litio, 0.5 g de jarabe de maíz y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.3 g de fosfato de litio y hierro esférico; y
(3) se añaden 0.15 g de sulfito de amonio, 12.3 g del fosfato de litio y hierro esférico y 20 mL de polietilenglicol (que contiene 0.5 g de 1,6-bis(1H-imidazol-4-ilformil)-hexano) a un recipiente de reacción y se agitan, la mezcla se envejece a 120 °C durante 8 h y se calienta adicionalmente en el Ar de carga a 450 °C durante 4.5 h, y después de su triturado, lavado, secado y desmagnetización, se obtiene el fosfato de litio y hierro recubierto con ligando LiFePO4@-C/N.
Ejemplo comparativo 2 (sin recubrimiento con ligando)
El fosfato de litio y hierro dopado de este ejemplo comparativo tiene una fórmula química de LiFePO4@Mn-Zn/Ga.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro dopado de este ejemplo comparativo son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 100 mL de dihidrogenofosfato de potasio 0.74 mol/L y 76 mL de nitrato férrico 0.53 mol/L a un recipiente de reacción con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de una disolución que contiene 0.20 g de cloruro de octadeciltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.3, el recipiente de reacción se envía a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, se filtra el producto, se lava y se seca para obtener 11.7 g de fosfato de hierro esférico;
(2) se mezclan de manera uniforme 2.5 g de nanoesferas de carbono, 0.06 g de sulfato de manganeso, 0.06 g de cloruro de zinc, 0.04 g de sulfato de galio, 1.5 g de metacriloílo y 9 mL de agua desionizada y se agitan, y la mezcla se centrifuga, se filtra y se envía a una caja de secado para su secado a 150 °C durante 5 h para obtener 3.5 g de a precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zinc-galio;
(3) se mezclan de manera uniforme 3.3 g del precursor de conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto a base de manganeso-zinc-galio, 0.5 g de 1,6-bis(dimetilamino)hexano y 7 mL de etanol, y la mezcla se envía a una caja de secado para un tratamiento en el Ar de carga a 420 °C durante 35 min para obtener 3.7 g de un conductor con microesferas de carbono; y
(4) se mezclan 11.7 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 0.1 g del conductor con microesferas de carbono, 1.8 g de hidróxido de litio, 0.3 g de jarabe de maíz y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.3 g del fosfato de litio y hierro esférico dopado con conductor con microesferas de carbono LiFePO4@Mn-Zn/Ga.
Ejemplo comparativo 3
El fosfato de litio y hierro de este ejemplo comparativo presenta una fórmula química general de LiFePO4.
Las etapas específicas del método de preparación para el fosfato de litio y hierro de este ejemplo comparativo son las siguientes:
(1) se añaden gota a gota 100 mL de dihidrogenofosfato de amonio 0.74 mol/L y 73 mL de sulfato férrico 0.50 mol/L a un recipiente de reacción con una capacidad de 500 mL y se agitan, durante lo cual se añaden gota a gota 20 mL de una disolución que contiene 0.20 g de cloruro de octadeciltrimetilamonio, se añade una cantidad adecuada de ácido fosfórico para controlar el pH de la disolución para que sea de 2.3, el recipiente de reacción se envía a una caja de calentamiento para su calentamiento en el Ar de carga a 585 °C durante 6 h, y después de dejar en reposo durante la noche, se filtra el producto, se lava y se seca para obtener 11.7 g de fosfato de hierro esférico; y
(2) se mezclan 11.7 g del fosfato de hierro esférico obtenido en la etapa (1), 1.8 g de hidróxido de litio, 0.5 g de jarabe de maíz y 20 mL de polietilenglicol y se agitan, la mezcla se envía adicionalmente a una caja de calentamiento para su secado, y después de su calentamiento en el Ar de carga a 650 °C durante 8 h, se obtienen 12.3 g de fosfato de litio y hierro.
Análisis de las formas de realización 1-6 y los ejemplos comparativos 1-3:
Los materiales de electrodo positivo de fosfato de litio y hierro esférico de las formas de realización 1-6 y los ejemplos comparativos 1-3, un agente de conductor de negro de carbono y PVDF se preparan en suspensiones a una razón en masa de 80:15:5, a continuación, se aplican las suspensiones sobre láminas de cobre para preparar piezas de electrodo, y se colocan las piezas de electrodo en un horno y se secan a 80 °C. Se utilizan escamas de sodio como contraelectrodo. Se utiliza hexafluorofosfato de sodio 1.5 mol/L en carbonato de propileno como disolución de electrolito, se utiliza Celgard 2400 como separador, y se monta una batería en una atmósfera de argón en una cámara sellada con guantes a vacío. Se somete a prueba el rendimiento de ciclo utilizando una estación de trabajo electroquímica. La densidad de corriente sometida a prueba es de 15 m A hg-1, el intervalo de carga-descarga es de 2.5 a 4.2 V, y el número de ciclos es de 1 a 50.
Tabla 1 Capacidades de descarga específicas obtenidas a partir de los materiales de electrodo positivo preparados en los ejemplos y los ejemplos comparativos
Tabla 2 Areas superficiales específicas, conductividades eléctricas y D50 de los materiales de electrodo positivo preparados en los ejemplos y ejemplos comparativos
Con referencia a las tablas 1 y 2 y la figura 4, las primeras capacidades de descarga específicas de las formas de realización 1-6 alcanzaron 164-166 mAh/g, mientras que las primeras capacidades de descarga específicas de los ejemplos comparativos 1-3 son de 158-159 mAh/g; y cuando el número de ciclos alcanzó 50, las capacidades de descarga específicas de las formas de realización 1-6 alcanzaron 157-161 mAh/g, mientras que las primeras capacidades de descarga específicas de los ejemplos comparativos 1-3 eran de 142-143 mAh/g. Las formas de realización 1-6 presentaron una tasa y rendimiento de ciclo excelentes. Las áreas superficiales específicas y las conductividades eléctricas de los fosfatos de litio y hierro esféricos preparados en las formas de realización 1-6 son todas mayores que las de los fosfatos de litio y hierro esféricos preparados en los ejemplos comparativos 1-3; en particular, las áreas superficiales específicas y las conductividades eléctricas de los fosfatos de litio y hierro esféricos preparados en los ejemplos comparativos 1 y 2 son mayores que las de los fosfatos de litio y hierro esféricos preparados en los ejemplos 1-3, indicando que la estructura del fosfato de litio y hierro esférico tratado con el conductor con microesferas de carbono soportado sobre material compuesto y recubierto con el ligando en fase líquida es superior.
Las formas de realización de la presente invención se han ilustrado con detalle anteriormente junto con los dibujos adjuntos; sin embargo, la presente invención no se limita a las formas de realización mencionadas anteriormente, y dentro del alcance del conocimiento que poseen los expertos habituales en la materia, también pueden realizarse diversos cambios sin apartarse de la esencia de la presente invención. Además, sin conflicto, las formas de realización de la presente invención y las características en estas formas de realización pueden combinarse entre sí.
Claims (10)
1. Fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando, caracterizado por que, una fórmula general del fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando es LiFePO4@Mn-T-C/N, en la que T es por lo menos uno de entre zinc, níquel, cobre, hierro, cobalto, zirconio, aluminio, galio o cromo.
2. Fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando según la reivindicación 1, caracterizado por que T es por lo menos uno de entre zinc, níquel, cobre, cobalto, zirconio o galio.
3. Fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando según la reivindicación 1, caracterizado por que el Mn-T-C/N es Mn-T soportado sobre C/N.
4. Fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando según la reivindicación 1, caracterizado por que el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando es uno de entre LiFePO4@Mn-Zn/Ga-C/N, LiFePO4@Mn-Cu/Co/Zr-C/N, LiFePO4@Mn-Zn/Co-C/N, LiFePO4@Mn-Co/Cu-C/N, LiFePO4@Mn-Zr/Cu-C/N, LiFePO4@Mn-Zr/Cu/Co-C/N o LiFePO4@Mn-Zn/Cu/Co-C/N.
5. Método para preparar el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, utilizado para preparar fosfato de litio y hierro recubierto.
6. Método de preparación según la reivindicación 5, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
mezclar un fertilizante de fosfato, una fuente de hierro y un regulador, calentar la mezcla para una reacción, llevar a cabo una separación sólido-líquido, y tomar una fase sólida para una primera calcinación para obtener fosfato de hierro;
mezclar el fosfato de hierro con una fuente de litio, una fuente de carbono y un conductor con microesferas de carbono, agitar la mezcla, y someter la mezcla a una segunda calcinación para obtener un fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono; y
mezclar el fosfato de litio y hierro dopado con conductor con microesferas de carbono con un sulfito y un ligando en fase líquida, agitar la mezclar y someter la mezcla a envejecimiento, reticulación, y una tercera calcinación para obtener el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando, en el que el conductor con microesferas de carbono comprende nanoesferas de carbono, 1,6-bis(dimetilamino)hexano, una fuente de manganeso, una fuente de T, metacrilamida, y un dispersante; y la fuente de T comprende por lo menos uno de entre sales de cloruro solubles, nitratos o sulfatos de zinc, níquel, cobre, hierro, cobalto, zirconio, aluminio, galio o cromo.
7. Método de preparación según la reivindicación 6, caracterizado por que el fertilizante de fosfato es por lo menos uno de entre dihidrogenofosfato de amonio, hidrogenofosfato de diamonio, fosfato de amonio, dihidrogenofosfato de potasio, hidrogenofosfato de dipotasio, fosfato de potasio o fosfito de potasio; y la fuente de hierro es por lo menos uno de entre cloruro férrico, acetato férrico, nitrato férrico, sulfato férrico, hidróxido férrico u oxalato férrico.
8. Método de preparación según la reivindicación 6, caracterizado por que el regulador es por lo menos uno de entre bromuro de octadeciltrimetilamonio, bromuro de cetiltrimetilamonio, bromuro de tetradeciltrimetilamonio o bromuro de dodeciltrimetilamonio; y la fuente de carbono es por lo menos uno de entre polvo de maltosa, jarabe de maíz, miel, polvo de glucosa o almidón.
9. Método de preparación según la reivindicación 6, caracterizado por que el ligando en fase líquida se forma mezclando un ligando y un dispersante a una razón de sólido con respecto a líquido de (0.1-0.5):(2-10) g/mL; y el ligando es por lo menos uno de entre 1,6-bis(1H-imidazol-4-ilformil)-hexano, 1,2-bis(1H-imidazol-4-carboxamido)etano, 4-hidroxi-(1,1’-bifenil)-3,5-dicarboxilato de dimetilo, o 1,1’,1’’-(nitrilotris(benceno-4,1-diil))trietanona.
10. Batería, caracterizada por que comprende el fosfato de litio y hierro dopado recubierto con ligando según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111634305.4A CN114373911A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 配体包覆的掺杂型磷酸铁锂及其制备方法和应用 |
PCT/CN2022/115293 WO2023124161A1 (zh) | 2021-12-29 | 2022-08-26 | 配体包覆的掺杂型磷酸铁锂及其制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2978581A2 true ES2978581A2 (es) | 2024-09-16 |
Family
ID=81142215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES202390161A Pending ES2978581A2 (es) | 2021-12-29 | 2022-08-26 | Fosfato de hierro-litio dopado encapsulado en ligando, metodo de preparacion y uso correspondientes |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240222626A1 (es) |
CN (1) | CN114373911A (es) |
DE (1) | DE112022000868T5 (es) |
ES (1) | ES2978581A2 (es) |
GB (1) | GB2617290A (es) |
HU (1) | HUP2400046A1 (es) |
MA (1) | MA62189A1 (es) |
WO (1) | WO2023124161A1 (es) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114373911A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-19 | 广东邦普循环科技有限公司 | 配体包覆的掺杂型磷酸铁锂及其制备方法和应用 |
CN115064675A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-16 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 磷酸铁锂复合材料及其制备方法、正极、锂离子电池 |
CN118684271A (zh) * | 2024-08-20 | 2024-09-24 | 赣州诺威科技有限公司 | 包覆改性的富锂锰基正极材料及其制备方法、电池 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101863094B1 (ko) * | 2011-09-16 | 2018-07-05 | 삼성에스디아이 주식회사 | 복합양극활물질, 및 이를 채용한 양극과 리튬전지 |
CN108199041B (zh) * | 2017-12-29 | 2020-09-08 | 桑德新能源技术开发有限公司 | 一种改性磷酸铁锂材料、制备方法及应用 |
CN109524658A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-26 | 深圳市德方纳米科技股份有限公司 | 锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池 |
CN111224103A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-02 | 贝特瑞(天津)纳米材料制造有限公司 | 一种金属离子掺杂高倍率介孔磷酸铁锂正极材料制备方法 |
CN111430687B (zh) * | 2020-03-10 | 2021-09-14 | 东莞市创明电池技术有限公司 | 碳包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法,锂离子电池 |
CN111613786B (zh) * | 2020-05-29 | 2023-03-28 | 东莞东阳光科研发有限公司 | 一种复合材料及其制备方法 |
CN114373911A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-19 | 广东邦普循环科技有限公司 | 配体包覆的掺杂型磷酸铁锂及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-12-29 CN CN202111634305.4A patent/CN114373911A/zh active Pending
-
2022
- 2022-08-26 MA MA62189A patent/MA62189A1/fr unknown
- 2022-08-26 GB GB2309731.4A patent/GB2617290A/en active Pending
- 2022-08-26 WO PCT/CN2022/115293 patent/WO2023124161A1/zh active Application Filing
- 2022-08-26 US US18/289,022 patent/US20240222626A1/en active Pending
- 2022-08-26 HU HU2400046A patent/HUP2400046A1/hu unknown
- 2022-08-26 ES ES202390161A patent/ES2978581A2/es active Pending
- 2022-08-26 DE DE112022000868.7T patent/DE112022000868T5/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114373911A (zh) | 2022-04-19 |
WO2023124161A1 (zh) | 2023-07-06 |
GB2617290A (en) | 2023-10-04 |
MA62189A1 (fr) | 2024-05-31 |
HUP2400046A1 (hu) | 2024-06-28 |
DE112022000868T5 (de) | 2023-12-21 |
GB202309731D0 (en) | 2023-08-09 |
US20240222626A1 (en) | 2024-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10957903B2 (en) | Layered lithium-rich manganese-based cathode material with olivine structured LIMPO4 surface modification and preparation method thereof | |
CN107706390B (zh) | 一种快离子导体和导电聚合物双重修饰的锂离子电池三元正极材料的制备方法 | |
KR101577180B1 (ko) | 고에너지 밀도의 혼합 양극활물질 | |
JP7181218B2 (ja) | リチウムイオン電池に使用するためのグラフェン/三元系材料複合体を調製する方法およびその製造物 | |
CN111785960B (zh) | 五氧化二钒/rGO包覆镍钴锰酸锂正极材料及制备方法 | |
Fu et al. | A hierarchical micro/nanostructured 0.5 Li2MnO3· 0.5 LiMn0. 4Ni0. 3Co0. 3O2 material synthesized by solvothermal route as high rate cathode of lithium ion battery | |
ES2978581A2 (es) | Fosfato de hierro-litio dopado encapsulado en ligando, metodo de preparacion y uso correspondientes | |
CN108987687B (zh) | 一种低温锂离子电池石墨负极材料及其制备方法 | |
WO2021036791A1 (zh) | 钠离子电池用正极材料、制备方法及其相关的钠离子电池、电池模块、电池包和装置 | |
CN103094550B (zh) | 一种富锂正极材料的制备方法 | |
CN104752718B (zh) | 一种LiMnxFe1‑xPO4正极活性材料及其制备方法 | |
CN111082026A (zh) | 一种包覆钨酸锂的三元正极材料及其制备方法 | |
CN105514373A (zh) | 一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法 | |
CN108134064B (zh) | 一种正极材料前驱体及其制备方法和正极材料 | |
CN112340785B (zh) | 一种掺杂型高镍三元材料及其制备方法 | |
CN102569788B (zh) | 一种锂离子电池的负极材料及其制备方法、以及一种锂离子电池 | |
CN109841822A (zh) | 一种锂离子电池用改性单晶三元正极材料的制备方法 | |
CN105024065A (zh) | 一种锂离子电池正极材料及其制备方法 | |
CN105226267A (zh) | 三维碳纳米管修饰尖晶石镍锰酸锂材料及其制备方法和应用 | |
Zhou et al. | Enhanced electrochemical performances of LiNi0. 8Co0. 1Mn0. 1O2 synthesized using the new green and low cost preparation process | |
CN105742627A (zh) | 一种LiNixCoyMnl-x-yBrzO2-z/石墨烯复合正极材料的制备方法 | |
CN104852040A (zh) | 一种高倍率锂离子电池的镍锰酸锂正极材料的制备方法 | |
CN107887583A (zh) | 一种掺杂磷酸铁锂正极材料及其制备方法 | |
Wang et al. | AlPO4-Li3PO4 dual shell for enhancing interfacial stability of Co-free Li-rich Mn-based cathode | |
CN113328090A (zh) | 一种高镍三元正极材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2978581 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A2 Effective date: 20240916 |