一種製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞鐵鋰的方法
2023-05-11 23:19:46 1
專利名稱：一種製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞鐵鋰的方法
技術領域：
本發明屬於材料製備方法，特別涉及一種製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞 鐵鋰的方法。
背景技術：
橄欖石結構的磷酸亞鐵鋰LiFeP04具有理論比容量高、原料豐富、循環壽命長、高 溫安全性良好、環保等優點，被認為是最有發展前途的鋰離子電池正極材料。但是，LiFeP04 低的電子電導率導致其比容量降低，鋰離子擴散係數低使得其循環性能不好；這些缺點制 約了 LiFeP04的產業化發展。目前的解決途徑主要有一是通過減小材料顆粒尺寸以縮短 鋰離子在LiFeP04充放電過程中的遷移距離；二是摻雜其它元素提高LiFeP04材料表面的導 電率。關於製備LiFeP04的方法有高溫固相法、碳熱還原法、微波加熱法、水熱法、共沉 澱法、溶膠_凝膠法、微乳液法、模板法等，上述有些方法中對設備的要求高，操作過程比較 複雜，過程控制要求嚴格，製備過程對環境會造成不同程度的汙染，並且成本高，效率低，很 難做到大批量生產。
發明內容
本發明提供一種簡單的製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞鐵鋰的方法。本發 明的整個反應過程簡單，無有毒物質或環境汙染物產生，環境友好，屬於綠色化學的製備方 法，並且本方法可以實現大規模生產，所需的化學試劑廉價易購。本發明的技術方案是這樣實現的包括以下步驟
(1)稱量摩爾配比為1:1:1:1的草酸亞鐵(FeC204 2吐0)、磷酸二氫銨(冊41^04)、醋酸 鋰(CH3C00Li 2H20)和月桂酸(C12H2402)，在高能球磨機中球磨4_8小時，低溫乾燥後壓片； (2 )將乾燥壓片後的產物置於瓷舟中，放入電阻絲臥式管式爐，在氬氣(或氮氣)保護氣 氛下，採用下述煅燒過程以3-5°C mirT1的升溫速率加熱到500-700°C，保溫5_12小時， 然後隨爐冷卻至室溫，即可獲得納米級磷酸亞鐵鋰LiFeP04。本發明採用固相燒結法合成納米級LiFeP04 ；將原料FeC204 2H20、NH4H2P04、 CH3C00Li 2H20和C12H2402混合，增加高能球磨的過程；採用固相燒結法，控制其溫度和恆溫 時間，製備出分散性好的納米級LiFeP04材料。該發明提供了一種可以提高其表面導電性 和放電比容量的有機添加劑，特別是提供了一種用於製備納米級磷酸亞鐵鋰的鋰離子電池 正極材料的固相製備方法。
具體實施例方式實施例一
稱量摩爾比為 1 1 1 1 的 FeC204 2H20、NH4H2P04、CH3C00Li 2H20 和 C12H2402，在高能球磨機中球磨4小時，低溫乾燥後壓片；將乾燥壓片後的產物置於瓷舟中，放入電阻絲臥式 管式爐，在氬氣(或氮氣)保護氣氛下，採用下述煅燒過程以;TC mirT1的升溫速率加熱 到600°C，保溫12小時，然後隨爐冷卻至室溫，即可獲得粒徑主要在80nm-200nm的納米級 LiFeP04 材料。實施例二
稱量摩爾比為 1 1 1 1 的 FeC204 2H20、NH4H2P04、CH3C00Li 2H20 和 C12H2402，在高能 球磨機中球磨4小時，低溫乾燥後壓片；將乾燥壓片後的產物置於瓷舟中，放入電阻絲臥式 管式爐，在氬氣(或氮氣)保護氣氛下，採用下述煅燒過程以;TC mirT1的升溫速率加熱 到550°C，保溫12小時，然後隨爐冷卻至室溫，即可獲得粒徑主要在100nm-400nm的納米級 LiFeP04 材料。實施例三
稱量摩爾比為 1 1 1 1 的 FeC204 2H20、NH4H2P04、CH3C00Li 2H20 和 C12H2402，在高能 球磨機中球磨4小時，低溫乾燥後壓片；將乾燥壓片後的產物置於瓷舟中，放入電阻絲臥式 管式爐，在氬氣(或氮氣)保護氣氛下，採用下述煅燒過程以;TC mirT1的升溫速率加熱 到600°C，保溫5小時，然後隨爐冷卻至室溫，即可獲得粒徑主要在300nm-800nm的納米級 LiFeP04 材料。實施例四
稱量摩爾比為 1 1 1 1 的 FeC204 2H20、NH4H2P04、CH3C00Li 2H20 和 C12H2402，在高能 球磨機中球磨4小時，低溫乾燥後壓片；將乾燥壓片後的產物置於瓷舟中，放入電阻絲臥式 管式爐，在氬氣(或氮氣)保護氣氛下，採用下述煅燒過程以;TC mirT1的升溫速率加熱 到700°C，保溫12小時，然後隨爐冷卻至室溫，即可獲得粒徑主要在100nm-200nm的納米級 LiFeP04 材料。
權利要求
一種製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞鐵鋰的方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)稱量摩爾配比為1:1:1:1的草酸亞鐵(FeC2O4·2H2O)、磷酸二氫銨(NH4H2PO4)、醋酸鋰(CH3COOLi·2H2O)和有機碳添加劑，混合4-8小時，乾燥後壓片；(2)將乾燥壓片後的產物置於瓷舟中，放入電阻絲臥式管式爐，在氬氣或氮氣保護氣氛下，以3-5℃·min-1的升溫速率加熱到500-700℃，保溫5-12小時，然後隨爐冷卻至室溫，即可獲得納米級磷酸亞鐵鋰LiFePO4。
2.根據權利要求1所述的製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞鐵鋰的方法，其特徵 在於，有機碳添加劑為月桂酸(C12H2402)。
3.根據權利要求1或2所述的製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞鐵鋰的方法，其 特徵在於，所述的混合方式需在高能球磨機中球磨。
全文摘要
本發明公開了一種製備鋰離子電池正極材料納米級磷酸亞鐵鋰的方法，將草酸亞鐵、磷酸二氫銨、醋酸鋰和月桂酸，在高能球磨機中球磨，將混合物壓片，對其進行固相燒結，即可獲得分散性好的納米級磷酸亞鐵鋰的鋰離子電池正極材料。本發明添加有機碳源月桂酸，利用合適的固相燒結法，提高合成磷酸亞鐵鋰納米顆粒的表面導電性，改善其充放電容量和循環性能，有效地提高其作為鋰離子電池正極材料的電化學性能。整個反應過程簡單，沒有有毒物質或環境汙染物產生，環境友好，屬於綠色化學的製備方法，並且本方法可以實現大規模生產。
文檔編號H01M4/58GK101850957SQ20101017929
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月21日 優先權日2010年5月21日
發明者井光輝, 宋曉平, 汪飛, 翟玉春, 趙銘姝 申請人:西安交通大學