專利名稱：一種鋰離子電池正極材料LiFePO₄/C制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源材料制備工藝領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的 制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、等優(yōu)點，自上世紀(jì)九十年 代sony推出首款鋰離子二次電池后得到廣泛的應(yīng)用，鋰離子二次電池的研發(fā)也受到廣泛 關(guān)注。1997年A. K. Padhi首次報導(dǎo)磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)具有脫嵌鋰功能，因其具有高的能 量密度、低廉的價格、優(yōu)異的安全性的特點，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為最有可能成為EV電池用正極材料。 在其具有卓越優(yōu)點的同時，作為EV電池用正極材料還存在其致命的缺點電子/離子傳輸 率低不利于大功率充放電、低溫性能較差。當(dāng)前LiFePO4材料的合成主要采用固相法，所得產(chǎn)品粒徑較大且粒度分布不均勻， 進(jìn)一步限制了其電子/離子傳輸率，很難獲得性能穩(wěn)定的LiFePO4產(chǎn)品，為解決電子/離子 傳輸率低的缺陷通常采用的是將LiFePO4材料納米化并且在其表面包覆碳以提升其電子/ 離子傳輸性能，為實現(xiàn)這一目的專利CN101152960A采用改進(jìn)的固相法合成LiFePO4,首先將 可溶的含有Fe27Fe3+和P5+的化合物沉淀后再與含鋰化合物進(jìn)行固相球磨混合，該方法對 較小LiFePO4粒徑有一定的作用但固相混合不能將Li離子均勻分布于LiFePO4材料；專利 CN1821063A為實現(xiàn)在LiFePO4表面包覆碳采用的是與碳源充分球墨混合的方式，固相球墨 因其本身的局限性很難實現(xiàn)包碳的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法制備的LiFeP04/C產(chǎn)品粒徑大且粒度分布不均 勻，電子/離子傳輸率低，性能不穩(wěn)定的缺陷，提供一種可以得到粒度集中分布在納米量級 且電子傳輸率高的一種制備方法。本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種鋰離子電池正極材料 LiFeP04/C的制備方法，以可溶的鋰化合物、可溶的亞鐵鹽、磷酸為原料，按照原子比 Li Fe P = 1 1 1分別溶解于去離子水中得到亞鐵鹽溶液，并在亞鐵鹽溶液中加 入抗壞血酸作為抗氧化劑后與可溶碳源溶液充分混合得到均相溶液，然后調(diào)節(jié)均相溶液PH 值在6-8. 5之間得到混合溶液，將混合溶液置于油浴鍋中加熱直至形成溶膠，將溶膠移入 真空干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥后的產(chǎn)物在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)而成。所述可溶的亞鐵鹽為FeSO4 · 7H20、FeCl2或Fe (NH4) 2 (SO4)2,所述可溶的鋰化合物 為 LiOH · H2O, LiN03、LiC2H3O2 · 2H20 或 Li2C2O40
所述可溶碳源溶液為聚乙二醇、二甲基亞砜、檸檬酸、蔗糖、冰糖或葡萄糖。所述均相溶液的PH值介于6-7. 5之間。所述混合物置于油浴鍋中加熱的溫度控制在70-100°C。
所述溶膠的真空干燥溫度為80-120°C。所述燒結(jié)在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行，保護(hù)行氣體為N2、Ar或氮氫混合氣的一種。
所述干燥產(chǎn)物的燒結(jié)溫度為500-950°C，燒結(jié)時間在1小時以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備LiFePO4,解 決了現(xiàn)有工藝制備LiFePO4采用球磨混料造成的反應(yīng)物混合不均勻的問題，所得產(chǎn)物為納 米級、粒度分布均勻、碳包覆均勻，無需后處理可加工性能優(yōu)良。


圖1為本發(fā)明實施例1所得樣品的XRD(X射線衍射)圖像；圖2為本發(fā)明實施例1所得樣品的SEM(掃描電子顯微鏡)圖像；
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明做詳細(xì)描述，下述實施例僅用于說明本發(fā)明，但并 不用于限定本發(fā)明的實施范圍。實施例1 以 FeSO4 · 7H20、LiOH · H20、H3PO4 為原料，其中 Li Fe P = 1 1 1。將上 述試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，向FeSO4 ·7Η20溶液中加入物質(zhì)的量是Fe2+ 物質(zhì)的量的1倍的抗壞血酸溶液將上述溶液與H3PO4溶液充分混合后，將LiOH · H2O溶液以 及提供碳源的聚乙二醇溶液加入其中，將所得溶液在水浴鍋中加熱溫度控制在80°C，調(diào)節(jié) 其PH為6，待形成溶膠后置于真空干燥箱中120°C恒溫干燥。將所得干燥凝膠放于氧化鋁 坩堝中在N2氣氛下950°C燒結(jié)1小時，冷卻取出即得LiFeP04/C材料。實施例2 以 Fe (NH4)2 (SO4) 2、LiOH ·Η20、Η3Ρ04 為原料，其中 Li Fe P = 1 1 1。將上 述試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，向Fe(NH4)2(SO4)2溶液中加入物質(zhì)的量是 Fe2+物質(zhì)的量的2倍的抗壞血酸溶液將上述溶液與H3PO4溶液充分混合后，將LiOH ·Η20溶液 以及提供碳源的二甲基亞砜溶液加入其中，將所得溶液在水浴鍋中加熱溫度控制在100°C， 調(diào)節(jié)其PH為7，待形成溶膠后置于真空干燥箱中100°C恒溫干燥。將所得干燥凝膠放于氧 化鋁坩堝中在Ar氣氛下800°C燒結(jié)1. 5小時，冷卻取出即得LiFeP04/C材料。實施例3 以Fe (NH4)2 (SO4) 2、LiN03、H3PO4 為原料，其中 Li Fe P = 1 1 1。將上述 試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，向Fe(NH4)2(SO4)2溶液中加入物質(zhì)的量是Fe2+ 物質(zhì)的量的2倍的抗壞血酸溶液將上述溶液與H3PO4溶液充分混合后，將LiNO3溶液以及 提供碳源的蔗糖溶液加入其中，將所得溶液在水浴鍋中加熱溫度控制在90°C，調(diào)節(jié)其pH為 7. 5，待形成溶膠后置于真空干燥箱中110°C恒溫干燥。將所得干燥凝膠放于氧化鋁坩堝中 在N2/H2 = 9:1氣氛下500°C燒結(jié)5小時，冷卻取出即得LiFeP04/C材料。實施例4 以 FeCl2、LiC2H3O2 · 2H20、H3PO4 為原料，其中 Li Fe P = 1 1 1。將上述 試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，向FeCl2溶液中加入物質(zhì)的量是Fe2+物質(zhì)的 量的1倍的抗壞血酸溶液將上述溶液與H3PO4溶液充分混合后，將LiC2H3O2 · 2H20溶液以及提供碳源的檸檬酸溶液加入其中，將所得溶液在水浴鍋中加熱溫度控制在70°C，調(diào)節(jié)其pH為8. 5，待形成溶膠后置于真空干燥箱中100°C恒溫干燥。將所得干燥凝膠放于氧化鋁坩堝 中在N2氣氛下500°C燒結(jié)5小時，冷卻取出即得LiFeP04/C材料。實施例5 以FeSO4 WH2CKLi2C2CVH3PO4 為原料，其中 Li Fe P = 1 1 1。將上述試 劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，向FeSO4 ·7Η20溶液中加入物質(zhì)的量是Fe2+物質(zhì) 的量的1倍的抗壞血酸溶液將上述溶液與H3PO4溶液充分混合后，將1^2(204溶液以及提供碳 源的葡萄糖溶液加入其中，將所得溶液在水浴鍋中加熱溫度控制在100°C，調(diào)節(jié)其pH為7， 待形成溶膠后置于真空干燥箱中80°C恒溫干燥。將所得干燥凝膠放于氧化鋁坩堝中在N2/ H2氣氛下600°C燒結(jié)10小時，冷卻取出即得LiFeP04/C材料。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的制備方法，其特征在于以可溶的鋰化合物、可溶的亞鐵鹽、磷酸為原料，按照原子比Li∶Fe∶P＝1∶1∶1分別溶解于去離子水中得到亞鐵鹽溶液，并在亞鐵鹽溶液中加入抗壞血酸作為抗氧化劑后與可溶碳源溶液充分混合得到均相溶液，然后調(diào)節(jié)均相溶液pH值在6-8.5之間得到混合溶液，將混合溶液置于油浴鍋中加熱直至形成溶膠，將溶膠移入真空干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥后的產(chǎn)物在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)而成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述可溶的亞鐵鹽為FeS04 7H20、FeCl2或 Fe (NH4) 2 (S04) 2，所述可溶的鋰化合物為 LiOH H20、LiN03、LiC2H302 2H20 或 Li2C204。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述可溶碳源溶液為聚乙二醇、二甲基亞 砜、檸檬酸、蔗糖、冰糖或葡萄糖。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述均相溶液的PH值介于6-7.5之間。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述混合物置于油浴鍋中加熱的溫度控制 在 70-100°C。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述溶膠的真空干燥溫度為80-120°C。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述燒結(jié)在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行，保護(hù)行氣體 為N2、Ar或氮氫混合氣的一種。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述干燥產(chǎn)物的燒結(jié)溫度為500-950°C，燒 結(jié)時間在1小時以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池正極材料LiFePO4/C的制備方法，該方法包括將含有Li+、Fe2+的可溶性化合物與H3PO4，按照原子比Li∶Fe∶P＝1∶1∶1分別溶解于去離子水中，并在Fe2+溶液中加入抗壞血酸作為抗氧化劑，將上述溶液與可溶碳源溶液充分混合得到均相溶液，利用LiOH或H3PO4調(diào)節(jié)上述均相溶液的pH值介于6-8.5之間，將所得混合溶液置于油浴鍋中加熱直至形成溶膠，將溶膠移入真空干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥后的產(chǎn)物在保護(hù)氣氛下燒結(jié)即得到納米級LiFePO4/C。采用本發(fā)明的制備方法得到的LiFePO4/C粒度分布集中在納米量級，有效縮短了離子傳輸路徑，并在顆粒表面形成熱解碳，從而提高了電子傳輸效率，有利于大功率充放電。
文檔編號H01M4/1397GK101867043SQ20101021037
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者趙金鑫 申請人:彩虹集團公司