專利名稱：用作鋰離子電池正極材料的納米磷酸鐵鋰及其制備方法
用作鋰離子電池正極材料的納米磷酸鐵鋰及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作鋰離子電池正極材料的磷酸鐵鋰及其制備方法，特別 是涉及一種納米磷酸鐵鋰及其制備方法。背景纟支術(shù)磷酸鐵鋰(LiFeP04)是一種近些年開發(fā)出的具有橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電 池正極材料，其具有可逆性地嵌入和脫嵌鋰的特性。與傳統(tǒng)的鋰離子二 次電池正極材料相比，其原物料來(lái)源更廣泛、價(jià)格更低廉，無(wú)毒性，且 無(wú)環(huán)境污染，尤其是其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的， 這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)，因而使得世界各國(guó)正竟相實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。磷酸鐵鋰具有高能量密度(其理論比容量為170mAh/g,產(chǎn) 品實(shí)際比容量可超過(guò)140mAh/g (0, 2C, 25°C );因其不含任何對(duì)人體有 害的重金屬元素，而成為目前最安全的鋰離子電池正極材料；磷酸鐵鋰 的晶格穩(wěn)定性好，鋰離子的嵌入和脫出對(duì)晶格的影響不大，故而具有良 好的可逆性。其在IOOW)OD條件下，可以充放電2000次以上，因此使用 壽命長(zhǎng)；以磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最 快可在1小時(shí)內(nèi)將電池充滿。其特點(diǎn)是放電容量大，價(jià)格低廉，不造成 環(huán)境污染。然而，磷酸鐵鋰也具有某些不足，如其擴(kuò)散速率慢，電子電 導(dǎo)率差，不適宜大電流的充放電，因而在功率型動(dòng)力電池應(yīng)用方面受阻。 為此，人們通過(guò)在材料表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進(jìn)行材料改性、減小磷 酸鐵鋰的尺寸以提高鋰離子擴(kuò)散速率等方法加以解決。目前，磷酸鐵鋰的生產(chǎn)方法主要包括高溫固相法和水熱合成法等。其中，高溫固相法是將一定計(jì)量比原料混合均勻，在一定溫度下加熱使固 體預(yù)分解，將分解后的固體混合物研磨均勻，然后高溫?zé)Y(jié)。高溫固相 法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但產(chǎn)物粒徑不易控制、分布不均勻，形貌也不規(guī)則。水熱合成法是由Na2HP04和FeCL3合成FeP04. 2H20，然后與 CH3C00Li通過(guò)水熱法合成LiFeP04。與高溫固相法比較，水熱法合成的溫度 較低，約150°C ~ 200°C，反應(yīng)時(shí)間也僅為固相反應(yīng)的1/5左右，并且可以 直接得到磷酸鐵鋰，產(chǎn)物晶粒較小、物相均一，尤其適合于高倍率放電領(lǐng) 域，但該種合成方法容易在形成橄欖石結(jié)構(gòu)中發(fā)生Fe錯(cuò)位現(xiàn)象，影響電化 學(xué)性能，且水熱法需要耐高溫高壓設(shè)備，工業(yè)化生產(chǎn)的困難要大一些。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，而提供一種產(chǎn)物具有納米級(jí)尺寸，顆粒細(xì) 小、均勻、純度高，具有較高充放電容量、良好倍率放電性能和良好循環(huán) 性能的用作鋰離子電池正極材料的納米磷酸鐵鋰。本發(fā)明的目的還在于提供該納米磷酸鐵鋰的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用作鋰離子電池正極材料的納米磷 酸鐵鋰，它是由鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按摩爾 比相混合形成混合物A，將混合物A與絡(luò)合劑按1: 0. 1 10的重量比相混 合并溶于溶劑形成混合物B,混合物B經(jīng)球磨、真空干燥、預(yù)處理形成納米 磷酸鐵鋰前驅(qū)體C，將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D按納米磷酸 鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳重量比100: 2 ~ 30的比例混合，形成粒徑為納米級(jí) 的磷酸鐵鋰復(fù)合物?；旌衔顰中，鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按摩 爾比Li:Fe:P:摻雜元素為0. 95~1: 0. 95~1: 0. 95~1: 0~0. 05的比例混 合。導(dǎo)電碳M液D是將導(dǎo)電碳與助劑按1: 0. 01 ~ 10的重量比相混合并 超聲分散到溶劑中而形成。鋰化合物為氧化鋰、氬氧化鋰、乙酸鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、 磷酸鋰、磷酸二氳鋰、草酸鋰、氯化鋰、鉬酸鋰、釩酸鋰中的一種或多種 的組合。鐵化合物為磷酸鐵、磷酸亞鐵、焦磷酸亞鐵、碳酸亞鐵、氯化亞鐵、 氫氧化亞鐵、硝酸亞鐵、草酸亞鐵、氯化鐵、氫氧化鐵、硝酸鐵、檸檬酸 鐵、三氧化二鐵中的一種或多種的組合。磷化合物為磷酸、磷酸氬二銨、磷酸二氳銨、磷酸鐵、磷酸二氳鋰中 的一種或多種的組合。摻雜元素化合物主要為硼、鎘化合物中的一種或其組合。摻雜元素化合物還包括銅、鎂、鋁、鋅、錳、鈦、鋯、鈮、鉻的化合 物及稀土元素化合物中的 一種或多種的組合。絡(luò)合劑為檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、水楊酸、琥珀酸、甘氨酸、 乙二胺四乙酸、蔗糖、葡萄糖中的一種或多種的組合。溶劑為水、曱醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、 正己醇、正庚醇、丙酮、丁酮、丁二酮、戊酮、環(huán)戊酮、已酮、環(huán)已酮、 環(huán)庚酮中的 一種或多種的組合。助劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸鈉、曲拉通s-ioo、聚氧乙烯壬基苯基醚、十六烷基三曱基氯化銨、十六烷基三曱基溴化銨、十八烷基三曱基氯化銨、十八烷基三曱基溴化銨中的一種或多種的 組合。導(dǎo)電碳為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管、超級(jí)導(dǎo)電劑、 導(dǎo)電炭黑、乙炔炭黑中的一種或多種的組合。導(dǎo)電碳在納米磷酸鐵鋰中的重量百分比為0. 1 ~ 10。 本發(fā)明也提供了該納米磷酸鐵鋰的制備方法，該方法包括如下步驟 a、將鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按摩爾比Li: Fe: P: 摻雜元素為O. 95~1: 0.95~1: 0.95-1: 0~0. 05的比例混合，形成混合物A;
b、將混合物A與絡(luò)合劑按1: 0. 1 ~ 10的重量比相混合并溶于溶劑，形成混合物B;
c 、將混合物B在行星式球磨機(jī)中球磨10 ~ 4 8小時(shí)；
d、 將球磨后的混合物A置于真空千燥機(jī)中在80 180'C的溫度干燥10 ~ 24小時(shí)得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎；
e、 將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在300 70(TC的溫度預(yù)處理5 2 0小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C;
f、 將導(dǎo)電碳與助劑按l: 0. 01 10的重量比相混合并超聲^:到溶劑中，形成導(dǎo)電碳^t液D;
g、 將所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳重量比100: 2~30的比例混合，將混合料在行星球磨機(jī)中球磨5 20小時(shí)；
h、 將球磨后的混合料置于真空干燥機(jī)中在80-180。C的溫度干燥10 ~24小時(shí)得到粉料；
i、 將所得粉料置于氮?dú)鉅t中在500-900。C的溫度燒結(jié)10~ 30小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰粉體材料。
步驟e中，所述還原氣氛爐中的還原氣氛為氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚?，其中氬氣的體積為5%-50%，其余為氮?dú)狻?br> 本發(fā)明的用作鋰離子電池正極材料的納米磷酸鐵鋰粒徑為30 ~ 500nm,比表面積為l~50m2/g，振實(shí)密度為0. 7~2. 5g/cm3，顆粒細(xì)小、均勻、純度高。由于添加了摻雜元素并加入了導(dǎo)電碳，增強(qiáng)了其電化學(xué)性能，具有較高充放電容量、良好倍率放電性能和良好循環(huán)性能。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
具體實(shí)施方式下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。
實(shí)施例1
將碳酸鋰(分子式Li2C03 , 0.475mol) 35. 15g、硝酸鐵(分子式Fe(N03)3 . 9H20, lmol) 404g、磷酸二氫銨(分子式NH4H2P04， lmol ) 115g、硝酸鋁(分子式Al (N03) 3 . 9H20， 0. 05mol ) 18. 75g相混合得到混合物A。將混合物A與蘋果酸57. 3g混合并溶于水，得到混合物B。將混合物B在行星式球磨機(jī)中球磨10小時(shí)，將球磨后的混合物B置于真空干燥機(jī)中在8(TC的溫度干燥24小時(shí)得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎。將粉碎后的粉料置于氬氣和氮?dú)?氬氣的體積為5%，其余為氮?dú)?混合氣氛爐中在30(TC的溫度預(yù)處理20小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C。將單壁碳納米管8g和聚乙烯醇4g相混合并超聲分散到水溶液中，形成導(dǎo)電碳分散液D。將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D混合，將混合料在行星球磨機(jī)中球磨20小時(shí)。將球磨后的混合料置于真空干燥機(jī)中在8(TC的溫度千燥24小時(shí)得到粉料。將所得粉料置于氮?dú)鉅t中在500。C的溫度燒結(jié)30小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰粉體材料。
經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物形貌為橄欖石結(jié)構(gòu)，粒徑為30nm,用X-射線粉末衍射(XRD )檢測(cè)為L(zhǎng)iFePO"
將合成出的納米磷酸鐵鋰、PVDF和乙炔黑按85: 5: 10的比例混合，加賜P，攪拌制成漿料。將漿料涂于鋁片上，在8(TC下烘干，作為正極。以鋰片為對(duì)電極(負(fù)極)，采用多孔聚丙烯膜為隔膜，其厚度為20ym，孔隙率60%,孔徑約30jum。采用LiPF6的有機(jī)溶劑溶液為電解液。有機(jī)溶劑為DMC: EC=1: 1。將正極、隔膜、負(fù)極沖成適當(dāng)直徑，按正極、隔膜、負(fù)極的順序疊好放入CR2025扣式電池殼中，注入電解液，然后將電池密封。對(duì)電池進(jìn)行充放電循環(huán)性能測(cè)試。采用先恒流再恒壓的方式充電，充電截止電位為3. 8V，采用恒流放電，截止電壓為2V,充;^史電電流密度0. 5mA/cm2。首次充放電效率和放電比容量為95°/ 和140mAh/g，循環(huán)1000次后放電比容量為112 mAh/g。實(shí)施例2
將氫氧化鋰(分子式LiOH，lmol ) 24g 、氫氧化鐵(分子式Fe(0H)3, 0. 95mol) 101. 65g、磷酸(分子式H3P04, lmol ) 98g、硝酸銅(分子式Cu (N03) 2 . 3H20, 0. 05mol ) 12. 08g相混合得到混合物A。將混合物A與1178. 65g蔗糖混合并溶于乙醇，得到混合物B。將混合物B在行星式球磨機(jī)中球磨20小時(shí)，將球磨后的混合物B置于真空干燥機(jī)中在IO(TC的溫度干燥20小時(shí)得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎。將粉碎后的粉料置于氫氣和氮?dú)?氫氣的體積為10%,其余為氮?dú)?混合氣氛爐中在40(TC的溫度預(yù)處理16小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C。將雙壁碳納米管10g和聚乙二醇100g相混合并超聲分歉到乙醇中，形成導(dǎo)電碳分歉液D。將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D混合，將混合料在行星球磨機(jī)中球磨16小時(shí)。將球磨后的混合料置于真空干燥機(jī)中在IO(TC的溫度干燥20小時(shí)得到粉料。將所得粉料置于氮?dú)鉅t中在60(TC的溫度燒結(jié)24小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰粉體材料。
經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物形貌為橄欖石結(jié)構(gòu)，粒徑為50nm，用X-射線粉末衍射(XRD)檢測(cè)為L(zhǎng)iFePO"
極片的制備、實(shí)驗(yàn)電池的組裝及電化學(xué)性能測(cè)試同實(shí)施例1。樣品的首次充放電效率和》丈電比容量為96°/ 和145mAh/g,循環(huán)100Q次后放電比容量為116 mAh/g。
實(shí)施例3
將硝酸鋰(分子式LiN03, lmol )69g、草酸亞鐵(分子式FeCA '2H20， lmol)179. 9g、磷酸氳二銨(分子式(肌)2線，0. 95mol ) 125. 4g、氧化硼(分子式B203, 0. 025mol) 1. 74g相混合得到混合物A。將混合物A與葡萄糖752g相混合并溶于丙醇，得到混合物B。將混合物B在行星式球磨機(jī)中球磨30小時(shí)，將球磨后的混合物B置于真空干燥機(jī)中在12(TC的溫度干燥16小時(shí)得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎。將粉碎后的粉料置于氬氣和氮?dú)?氫氣的體積為20%,其余為氮?dú)?混合氣氛爐中在50(TC的溫度預(yù)處理12小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C。將多壁碳納米管15g和聚氧化乙烯45g相混合并超聲分散到丙醇中，形成導(dǎo)電碳^t液D。將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D混合，將混合料在行星球磨機(jī)中球磨12小時(shí)。將球磨后的混合料置于真空干燥機(jī)中在12(TC的溫度干燥16小時(shí)得到粉料。將所得粉料置于氮?dú)鉅t中在70(TC的溫度燒結(jié)20小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰粉體材料。
經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物形貌為橄欖石結(jié)構(gòu)，粒徑為100nm,用X-射線粉末衍射(XRD)檢測(cè)為L(zhǎng)iFePO"
極片的制備、實(shí)驗(yàn)電池的組裝及電化學(xué)性能測(cè)試同實(shí)施例1。樣品的首次充放電效率和i丈電比容量為97%和148mAh/g，循環(huán)100G次后放電比容量為118 mAh/g。
實(shí)施例4
將草酸鋰(分子式Li2C2O4,0. 49mol) 49. 98g g、碳酸亞鐵(分子式FeC03,lmol) 115. 86g、磷酸二氬銨(分子式NH4H2P04, lmol) 115g、硝酸鎘(分子式Cd (N03) 2 . 4H20, 0. 02mol) 6. 17g相混合得到混合物A。將混合物A與287g檸檬酸混合并溶于異丙醇，得到混合物B。將混合物B在行星式球磨機(jī)中球磨40小時(shí)，將球磨后的混合物B置于真空干燥機(jī)中在150。C的溫度干燥12小時(shí)得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎。將粉碎后的粉料置于氫氣和氮?dú)?氫氣的體積為30%，其余為氮?dú)?混合氣氛爐中在600。C的溫度預(yù)處理8小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C。將導(dǎo)電炭黑20g和聚氧化乙烯40g相混合并超聲分散到異丙醇中，形成導(dǎo)電碳分散液D。將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D混合，將混合料在行星球磨機(jī)中球磨8小時(shí)。將球磨后的混合料置于真空干燥機(jī)中在15(TC的溫度干燥12小時(shí)得到粉料。將所得粉料置于氮?dú)鉅t中在80(TC的溫度燒結(jié)15小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰粉體材料。
經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物形貌為橄欖石結(jié)構(gòu)，粒徑為200nm,用X-射線粉末衍射(XRD)檢測(cè)為L(zhǎng)iFeP04。
極片的制備、實(shí)驗(yàn)電池的組裝及電化學(xué)性能測(cè)試同實(shí)施例1。樣品的首次充放電效率和放電比容量為97%和150mAh/g，循環(huán)1000次后放電比容量為120 mAh/g。
實(shí)施例5
將乙酸鋰(分子式(^31^02 2H20, 0. 99mol ) 101g、三氧化二4夾(分子式Fe203 ， 0. 495mol) 79. 2g、磷酸氬二銨(分子式(NH4) 2 HP04 , 0. 99mol)130. 68g、硝酸鎘(分子式Cd(N03)2 . 4H20， 0. Olmol) 3. 08g、氧化硼(分子式B203, 0. Olmol) 0. 7g相混合得到混合物A。將混合物A與酒石酸157. 33g混合并溶于異丁醇，得到混合物B。將混合物B在行星式球磨機(jī)中球磨48小時(shí)，將球磨后的混合物B置于真空干燥機(jī)中在180。C的溫度干燥10小時(shí)得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎。將粉碎后的粉料置于氬氣和氮?dú)?氫氣的體積為50%，其余為氮?dú)?混合氣氛爐中在700'C的溫度預(yù)處理5小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C。將乙炔炭黑30g和聚乙二醇30g相混合并超聲分歉到異丁醇中，形成導(dǎo)電碳分散液D。將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D混合，將混合料在行星球磨機(jī)中球磨5小時(shí)。將球磨后的混合料置于真空干燥機(jī)中在18(TC的溫度干燥10小時(shí)得到粉料。將所得粉料置于氮?dú)鉅t中在90(TC的溫度燒結(jié)10小時(shí)，得到納米磷酸鐵鋰粉體材料。
經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物形貌為橄欖石結(jié)構(gòu)，粒徑為300nm,用X-射線粉末衍射(XRD)檢測(cè)為L(zhǎng)iFePO"
極片的制備、實(shí)驗(yàn)電池的組裝及電化學(xué)性能測(cè)試同實(shí)施例1。樣品的首次充放電效率和放電比容量為97%和135mAh/g，循環(huán)1000次后放電比容量為108 mAh/g。
權(quán)利要求
1、一種用作鋰離子電池正極材料的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，該納米磷酸鐵鋰是由鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按摩爾比相混合形成混合物A，將混合物A與絡(luò)合劑按1∶0.1～10的重量比相混合并溶于溶劑形成混合物B，混合物B經(jīng)球磨、真空干燥、預(yù)處理形成納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C，將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳重量比100∶2～30的比例混合，形成粒徑為納米級(jí)的磷酸鐵鋰復(fù)合物。
2、 如權(quán)利要求1所述的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，所述混合物A中， 鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按摩爾比U:Fe:P:摻雜 元素為0. 95 ~ 1: 0. 95 ~ 1: 0. 95 -1: 0 ~ 0. 05的比例混合。
3、 如權(quán)利要求1所述的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，所述導(dǎo)電碳分散 液D是將導(dǎo)電碳與助劑按1: 0. 01 ~ 10的重量比相混合并超聲分敉到溶劑 中而形成，所述助劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸 鈉、曲拉通S-100、聚氧乙烯壬基苯基醚、十六烷基三曱基氯化銨、十六烷 基三曱基溴化銨、十八烷基三曱基氯化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的一 種或多種的組合。
4、 如權(quán)利要求1至3中任一條所述的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，所 述納米^壽酸4失鋰的津立徑為30~ 500測(cè)，比表面積為1 50mVg,振實(shí)密度為 0. 7 ~ 2. 5g/cm3。
5、 如權(quán)利要求2所述的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，所述鋰化合物為 氧化鋰、氬氧化鋰、乙酸鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、磷酸鋰、磷酸 二氫鋰、草酸鋰、氯化鋰、鉬酸鋰、釩酸鋰中的一種或多種的組合；所述 鐵化合物為磷酸鐵、磷酸亞鐵、焦磷酸亞鐵、碳酸亞鐵、氯化亞鐵、氫氧 化亞鐵、硝酸亞鐵、草酸亞鐵、氯化鐵、氫氧化鐵、硝酸鐵、檸檬酸鐵、三氧化二鐵中的一種或多種的組合；所述磷化合物為磷酸、磷酸氬二銨、 磷酸二氫銨、磷酸鐵、磷酸二氫鋰中的一種或多種的組合；所述絡(luò)合劑為 檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、水楊酸、琥珀酸、甘氨酸、乙二胺四乙 酸、蔗糖、葡萄糖中的一種或多種的組合；所述溶劑為水、曱醇、乙醇、 丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、丙酮、丁酮、 丁二酮、戊酮、環(huán)戊酮、已酮、環(huán)已酮、環(huán)庚酮中的一種或多種的組合。
6、 如權(quán)利要求2所述的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，所述摻雜元素化 合物主要為硼、鎘化合物中的一種或其組合。
7、 如權(quán)利要求6所述的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，所述摻雜元素化 合物還包括銅、鎂、鋁、鋅、錳、鈦、鋯、鈮、鉻的化合物及稀土元素化 合物中的一種或多種的組合。
8、 如權(quán)利要求3所述的納米磷酸鐵鋰，其特征在于，所述導(dǎo)電碳為單 壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管、超級(jí)導(dǎo)電劑、導(dǎo)電炭黑、乙 炔炭黑中的一種或多種的組合；所述導(dǎo)電碳在納米磷酸鐵鋰中的重量百分 比為0.1 ~ 10。
9、 如權(quán)利要求1所述的納米磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，它包 括如下步驟a、 將鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按摩爾比Li: Fe: P: 摻雜元素為0.95-1: 0. 95~1: 0. 95~1: 0~0. 05的比例混合，形成混合 物A;b、 將混合物A與絡(luò)合劑按1: 0. 1 ~ 10的重量比相混合并溶于溶劑， 形成混合物B;c、 將混合物B在行星式球磨機(jī)中球磨10 ~ 48小時(shí)；d、 將球磨后的混合物A置于真空干燥機(jī)中在80~ 180。C的溫度干燥 10 ~ 24小時(shí)得到粉料，將所得粉料用粉碎設(shè)備粉碎；e、 將粉碎后的粉料置于還原氣氛爐中在300 ~ 700。C的溫度預(yù)處理5 ~/2 0小時(shí)，得到納米^粦酸4失鋰前驅(qū)體C;f、 將導(dǎo)電碳與助劑按l: 0. 01~10的重量比相混合并超聲分散到溶劑 中，形成導(dǎo)電碳M液D;g、 將所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D按納米磷酸鐵鋰前 驅(qū)體C與導(dǎo)電碳的重量比為100: 2 30的比例混合，將混合料在行星球磨 機(jī)中球磨5 ~20小時(shí)；h、 將球磨后的混合料置于真空干燥機(jī)中在80-18(TC的溫度干燥10 ~ 24小時(shí)得到粉料；i、 將所得粉料置于氮?dú)鉅t中在500-900。C的溫度燒結(jié)10~30小時(shí)，得 到納米磷酸鐵鋰粉體材料。
10、如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟(e)中，所述 還原氣氛爐中的還原氣氛為氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚?，其中氫氣的體積為 5%-50%,其余為氮?dú)狻?br> 全文摘要
一種用作鋰離子電池正極材料的納米磷酸鐵鋰及其制備方法，由鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按摩爾比相混合形成混合物A，將混合物A與絡(luò)合劑按1∶0.1～10的重量比相混合并溶于溶劑形成混合物B，混合物B經(jīng)球磨、真空干燥、預(yù)處理形成納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C，將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳分散液D按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳重量比100∶2～30的比例混合，形成粒徑為納米級(jí)的磷酸鐵鋰復(fù)合物。制備方法是將混合物B經(jīng)燒結(jié)后得到磷酸鐵鋰前驅(qū)體，將磷酸鐵鋰前驅(qū)體與導(dǎo)電碳分散液D按納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體C與導(dǎo)電碳重量比為100∶2～30的比例混合，經(jīng)球磨、干燥后燒結(jié)，得到納米磷酸鐵鋰粉體材料。本發(fā)明的用作鋰離子電池正極材料的納米磷酸鐵鋰粒徑為30～500nm，比表面積為1～50m²/g，振實(shí)密度為0.7～2.5g/cm³，顆粒細(xì)小、均勻、純度高。由于添加了摻雜元素并加入了導(dǎo)電碳，增強(qiáng)了其電化學(xué)性能。該制備方法易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)H01M4/02GK101630731SQ20091010910
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者吉學(xué)文, 孔令涌, 王允實(shí) 申請(qǐng)人:深圳市德方納米科技有限公司