專利名稱：一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法，它屬于能
源新材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近幾年，鋰離子電池發(fā)展迅速，正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，新型正極 材料的研究以及那個成為決定鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。目前大規(guī)模商品化得正極材料是 LiCo02，但是它有毒性，鈷價格昂貴，存在一定安全問題。LiNi02成本較低，容量高，但是制 備工藝復(fù)雜，熱穩(wěn)定性差。尖晶石LiMn204成本低，安全性能好，但容量低，高溫循環(huán)性能 差。而新型鋰離子電池正極材料LiFeP04具有價格低廉，容量高，熱穩(wěn)定性好，安全性好，環(huán) 保等有點，成為有應(yīng)用潛力的正極材料。 LiFeP04理論容量為170mAh/g，放電平臺3. 4V，但也存在一定缺點。 一是合成過程 中Fe2+容易轉(zhuǎn)化成Fe3+，很難得到單相的LiFeP04 ;二是鋰離子在LiFeP04中擴(kuò)散困難，導(dǎo) 致材料的利用率低；三是LiFeP04本身的電導(dǎo)率低，導(dǎo)致高倍率放電性能差。目前研究改善 這幾種缺陷的方法是制備過程中采用惰性氣氛保護(hù)來抑制Fe2+氧化；合成納米級的例子 來提高鋰離子在材料中的擴(kuò)散能力；通過添加導(dǎo)電劑來提高導(dǎo)電率。 LiFeP04的合成方法主要有高溫固相法，水熱法和液相氧化還原法。其中，高溫法 的優(yōu)點是工藝簡單，容易實現(xiàn)工業(yè)化，但是缺點是反應(yīng)物混合不均勻，產(chǎn)物形貌不規(guī)則，粒 徑是微米級，分布不均勻。水熱法比較容易控制產(chǎn)物顆粒的尺寸，但水熱法需要高溫高壓設(shè) 備，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。液相氧化還原法需要使用H202、Lil和抗壞血酸等試劑，工藝復(fù)雜， 成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對目前制備方法的不足，提出了一種化學(xué)方法制備納米級的 磷酸鐵鋰材料，通過控制反應(yīng)物摩爾比，有效控制LiFeP04的化學(xué)成分和顆粒粒徑大小，顆 粒分布均勻，提高其導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。
本發(fā)明的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案解決的 配置鋰源化合物、鐵源化合物和磷源化合物溶液，將三種溶液按摩爾比
Fe : Li : p = (0.8-1.5) : i : i混合，將配置好的氨水溶液逐滴加入到混合液中，不斷
攪拌，形成懸濁液，將懸濁液倒入反應(yīng)器中，升溫至70-10(TC，反應(yīng)時間5-10小時，取出過 濾、洗滌，干燥后得到前軀體產(chǎn)物。將前軀體產(chǎn)物放入高溫爐中，在惰性氣體或者還原氣體 的保護(hù)下，升溫至500-800°C ，保溫12-24小時。冷卻降溫至室溫，取出產(chǎn)物，即得納米級磷 酸鐵鋰粉末 所述的鋰源、鐵源、磷源化合物的摩爾比為Fe : Li : p = (0.8-1.5) :i:i。 所述的鋰源化合物為硝酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰中的一種。
所述的鐵源化合物為硫酸亞鐵、醋酸鐵、氯化亞鐵、硝酸亞鐵中的一種。
所述的磷源化合物為磷酸、磷酸氫二胺、磷酸二氫胺中的一種。 所述的惰性氣氛或還原氣氛為氫氣、氬氣、氮氣中的一種或幾種。 —種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法，所述的鋰源、鐵源、磷
源化合物的優(yōu)選摩爾比為Fe : Li : p = o.8 : i : i。
綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 1、本發(fā)明提供的制備納米級磷酸鐵鋰的化學(xué)方法所需工藝簡單，參數(shù)容易控制，
使用原料易得，成本低廉，可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。 2、本發(fā)明提供的制備納米級磷酸鐵鋰的化學(xué)方法所得產(chǎn)物是粒徑控制在大約 500nm左右，顆粒尺寸分布均勻，產(chǎn)物的化學(xué)成分、相成分容易控制。 3、本發(fā)明提供的制備化學(xué)方法所得納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的放電 比容量在125-150mAh/g，導(dǎo)電性能和電化學(xué)性能優(yōu)異，是一種優(yōu)良的正極材料。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明，但本發(fā)明不限于所寫實 施例。 實施例1 配置0. 5mo1/1氯化鋰、0. 5mo1/1氯化亞鐵，0. 5mo1/1磷酸氫二胺，將三種溶液混 合，將5mo1/1氨水溶液逐滴加入到混合液中，不斷攪拌，形成懸濁液。將懸濁液倒入反應(yīng)器 中，升溫至8(TC，反應(yīng)時間5小時。取出過濾、洗滌，干燥后得到前軀體產(chǎn)物。將前軀體產(chǎn) 物放入高溫爐中，通入氮氣保護(hù)，設(shè)置參數(shù)，以l(TC /min的升溫速率升溫至50(TC，保溫12 小時。冷卻降溫至室溫，取出產(chǎn)物，即得納米級磷酸鐵鋰粉末。以82 : 8 : IO的質(zhì)量比分 別稱取磷酸鐵鋰粉體，乙炔黑，PVDF，研磨后均勻制成電極，采用金屬鋰片作為負(fù)極，電解液 為溶解在碳酸乙酯和碳酸二乙酯混合溶劑中的LiPF6。隔膜為聚丙烯微孔薄膜，組裝成電 池。經(jīng)測試可知，在0. 5C的放電時，首次房貸呢比容量可達(dá)125mAh/g，放電平臺穩(wěn)定，性能 優(yōu)越。實施例2 配置O. 8mo1/1醋酸鋰、1. 0mo1/1醋酸鐵，1. 0mo1/1磷酸氫二胺，將三種溶液混合， 將6mo1/1氨水溶液逐滴加入到混合液中，不斷攪拌，形成懸濁液。將懸濁液倒入反應(yīng)器中， 升溫至90°C ，反應(yīng)時間8小時。取出過濾、洗滌，干燥后得到前軀體產(chǎn)物。將前軀體產(chǎn)物放入 高溫爐中，通入氬氣保護(hù)，設(shè)置參數(shù)，以10°C /min的升溫速率升溫至60(TC，保溫12小時。 冷卻降溫至室溫，取出產(chǎn)物，即得納米級磷酸鐵鋰粉末。以82 : 8 : IO的質(zhì)量比分別稱取 磷酸鐵鋰粉體，乙炔黑，PVDF，研磨后均勻制成電極，采用金屬鋰片作為負(fù)極，電解液為溶解 在碳酸乙酯和碳酸二乙酯混合溶劑中的LiPF6。隔膜為聚丙烯微孔薄膜，組裝成電池。經(jīng)測 試可知，在0. 5C的放電時，首次房貸呢比容量可達(dá)128mAh/g，放電平臺穩(wěn)定，性能優(yōu)越。
實施例3 配置0. 55mol/l碳酸鋰、1. 0mo1/1氯化亞鐵，1. 0mo1/1磷酸二氫胺，將三種溶液混 合，將8mo1/1氨水溶液逐滴加入到混合液中，不斷攪拌，形成懸濁液。將懸濁液倒入反應(yīng)器 中，升溫至10(TC，反應(yīng)時間10小時。取出過濾、洗滌，干燥后得到前軀體產(chǎn)物。將前軀體產(chǎn) 物放入高溫爐中，通入氮氣保護(hù)，設(shè)置參數(shù)，以10°C /min的升溫速率升溫至80(TC，保溫24 小時。冷卻降溫至室溫，取出產(chǎn)物，即得納米級磷酸鐵鋰粉末。以82 : 8 : 10的質(zhì)量比分
4別稱取磷酸鐵鋰粉體，乙炔黑，PVDF，研磨后均勻制成電極，采用金屬鋰片作為負(fù)極，電解液 為溶解在碳酸乙酯和碳酸二乙酯混合溶劑中的LiPF6。隔膜為聚丙烯微孔薄膜，組裝成電 池。經(jīng)測試可知，在0. 5C的放電時，首次房貸呢比容量可達(dá)140mAh/g，放電平臺穩(wěn)定，性能 優(yōu)越。 實施例4 配置0. 5mo1/1氯化鋰、0. 5mo1/1氯化亞鐵，0. 25mol/l磷酸，將三種溶液混合，將 5mo1/1氨水溶液逐滴加入到混合液中，不斷攪拌，形成懸濁液。將懸濁液倒入反應(yīng)器中，升 溫至8(TC，反應(yīng)時間8小時。取出過濾、洗滌，干燥后得到前軀體產(chǎn)物。將前軀體產(chǎn)物放入 高溫爐中，通入氫氣保護(hù)，設(shè)置參數(shù)，以10°C /min的升溫速率升溫至70(TC，保溫20小時。 冷卻降溫至室溫，取出產(chǎn)物，即得納米級磷酸鐵鋰粉末。以82 : 8 : IO的質(zhì)量比分別稱取 磷酸鐵鋰粉體，乙炔黑，PVDF，研磨后均勻制成電極，采用金屬鋰片作為負(fù)極，電解液為溶解 在碳酸乙酯和碳酸二乙酯混合溶劑中的LiPF6。隔膜為聚丙烯微孔薄膜，組裝成電池。經(jīng)測 試可知，在0. 5C的放電時，首次房貸呢比容量可達(dá)135mAh/g，放電平臺穩(wěn)定，性能優(yōu)越。
權(quán)利要求
一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法，其特征在于將鋰源、鐵源、磷源化合物溶液按照摩爾比Fe∶Li∶P＝(0.8-1.5)∶1∶1混合，將配置好的氨水溶液逐滴加入到混合液中，不斷攪拌，形成懸濁液，將懸濁液倒入反應(yīng)器中，升溫至70-100℃，反應(yīng)時間5-10小時，取出過濾、洗滌，干燥后得到前軀體產(chǎn)物。將前軀體產(chǎn)物放入高溫爐中，在惰性氣體或者還原氣體的保護(hù)下，升溫至500-800℃，保溫12-24小時。冷卻降溫至室溫，取出產(chǎn)物，即得納米級磷酸鐵鋰粉末。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法， 其特征在于所述的鋰源化合物為硝酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰中的一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法， 其特征在于所述的鐵源化合物為硫酸亞鐵、醋酸鐵、氯化亞鐵、硝酸亞鐵中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法， 其特征在于所述的磷源化合物為磷酸、磷酸氫二胺、磷酸二氫胺中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法， 其特征在于所述的惰性氣氛或還原氣氛為氫氣、氬氣、氮氣中的一種或幾種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法，其特征在于所述的鋰源、鐵源、磷源化合物的摩爾比為Fe : Li : p = o.8 : i : i。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備納米級鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的化學(xué)方法，它屬于能源新材料技術(shù)領(lǐng)域。其工藝步驟是配置鋰源化合物、鐵源化合物和磷源化合物溶液，將三種溶液按摩爾比Fe∶Li∶P＝(0.8-1.5)∶1∶1混合，將配置好的氨水溶液逐滴加入到混合液中，不斷攪拌，形成懸濁液，將懸濁液倒入反應(yīng)器中，升溫至70-100℃，反應(yīng)時間5-10小時，取出過濾、洗滌，干燥后得到前軀體產(chǎn)物；將前軀體產(chǎn)物放入高溫爐中，在惰性氣體或者還原氣體的保護(hù)下，升溫至500-800℃，保溫12-24小時。冷卻降溫至室溫，取出產(chǎn)物，即得納米級磷酸鐵鋰粉末。本發(fā)明提供的制備方法，合成工藝簡單，成本不高，所得磷酸鐵鋰粉末粒徑控制在納米級，改善了其導(dǎo)電性能和電化學(xué)性能。
文檔編號H01M4/58GK101764206SQ20091001932
公開日2010年6月30日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者孫琦, 朱小奕, 胡章勇 申請人:孫琦