專利名稱：一種鋰離子電池正極材料焦磷酸鐵鋰的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料焦磷酸鐵鋰的制備方法，屬于新能源材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化學(xué)電源(電池)是一種通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，是能源儲存與轉(zhuǎn)化的重要方式之一，在工業(yè)、軍事以及人類的日常生活中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，是緩解當(dāng)今能源危機以及減少環(huán)境污染的重要工具。在二次電池中，鋰離子電池由于具有工作電壓高、循環(huán)壽命長、容量大、體積小、自放電小、無記憶效應(yīng)及綠色環(huán)保污染少等優(yōu)點，迅速成為當(dāng)今便攜式電子產(chǎn)品可充電源的首選。對于鋰離子電池而言，正極材料對其容量具有決定性的作用，并與電池的成本、安全·性能息息相關(guān)，正極材料己成為制約鋰離子電池整體性能進一步提高的關(guān)鍵因素。因此，新型鋰離子電池正極材料的開發(fā)顯得尤為重要。2010 年日本東京大學(xué)的 Shin-ichi Nishimura 在 New Lithium IronPyrophosphate as 3. 5 V Class Cathode Material for Lithium Ion Battery (J. AM.CHEM. S0C. 2010, 132，13596 - 13597)中報道采用二價鐵源，合成了一種新型磷酸鹽體系的鋰離子電池正極材料Li2FeP207。該材料具有3. 5V左右的電壓平臺，理論容量高，循環(huán)性能好。由于二價鐵源價格昂貴，并且難以保存，本專利使用廉價的三價鐵源，采用一種新的方法合成了 Li2FeP2O7材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，以該方法制得的Li2FeP2O7正極材料純度高，材料的電化學(xué)容量高，循環(huán)性能好。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，包括以下過程
1)將鋰源、無機鐵源、有機鐵源和磷源，按照配比進行稱量，然后用乙醇混合球磨，混合均勻的漿體經(jīng)干燥除去乙醇后，得到的混合料經(jīng)過研磨、壓片后準(zhǔn)備煅燒；
2)將步驟I)得到的壓片材料放入煅燒爐中，在保護氣氛下預(yù)燒，預(yù)燒溫度為200 400°C，預(yù)燒時間5 15個小時，升溫度率為I 5°C /min，所得預(yù)燒材料研磨、壓片后在高溫下進行煅燒，煅燒溫度為600 800°C，煅燒時間為3 24小時，升溫度率為I 5°C /min，然后取出煅燒料，研磨后得到Li2FeP2O7正極材料；
其中原料配比是Li :Fe:P摩爾比為2:1: 2，有機鐵源的用量按照其所含有機酸根與理論生成的Li2FeP2O7所需有機酸根的質(zhì)量比為10% 40%來稱取，不足量的鐵以無機鐵源來補足。上述步驟I)中所述的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰或者醋酸鋰。上述步驟I)中所述的無機鐵源為氧化鐵、四氧化三鐵或者氫氧化鐵。
上述步驟I)中所述的有機鐵源為檸檬酸鐵、草酸鐵或者乙酸鐵。上述步驟I)中所述的磷 源為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨或者磷酸銨。上述步驟2)中所述的保護氣氛為氮氣、氬氣或者氫氣和氬氣的混合氣體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點合成鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的工藝簡單、易實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；原材料來源廣泛，價格低廉。



圖I是以實施例I所得樣品為例Li2FeP2O7的XRD圖像
圖2是以實施例I所得樣品為例Li2FeP2O7的SEM圖像(放大5000倍)
圖3是以實施例I所得樣品為例Li2FeP2O7的SEM圖像(放大20000倍)
圖4是以實施例I所得樣品為例所得首次充放電曲線。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明做詳細描述，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I:
以分析純碳酸鋰、磷酸二氫銨和檸檬酸鐵為鋰源、磷源和鐵源。按照Li:Fe:P摩爾比為2:1:2的比例稱量原材料，有機鐵源檸檬酸鐵的用量按照檸檬酸根與理論生成Li2FeP2O7的質(zhì)量比10%來稱取，不足量的鐵以無機鐵源四氧化三鐵來補足。將反應(yīng)原料置于球磨罐中，加乙醇經(jīng)球磨混料后得到的漿料在100°C下干燥。干燥后的混合料研磨并壓片后在氬氣保護下以1°C /min的速率升至200°C進行預(yù)分解處理15h，預(yù)分解處理后的材料研磨均勻并壓片，然后在與預(yù)分解處理相同的氣氛下以相同速率升至600°C煅燒24h，冷卻、研磨后所得產(chǎn)物即為Li2FeP2O7材料。實施例2:
以分析純草酸鋰、磷酸氫二銨和草酸鐵為鋰源、磷源和鐵源。按照Li:Fe:P摩爾比為2:1:2的比例稱量原材料，有機鐵源草酸鐵的用量按照草酸根與理論生成Li2FeP2O7的質(zhì)量比40%來稱取，不足量的鐵以無機鐵源三氧化二鐵來補足。將反應(yīng)原料置于球磨罐中，加乙醇經(jīng)球磨混料后得到的漿料在100°C下干燥。干燥后的混合料研磨并壓片后在氮氣保護下以5°C/min的速率升至400°C進行預(yù)分解處理5h，預(yù)分解處理后的材料研磨均勻并壓片，然后在與預(yù)分解處理相同的氣氛下以相同速率升至800°C煅燒3h，冷卻、研磨后所得產(chǎn)物即為 Li2FeP2O7 材料。實施例3:
以分析純醋酸鋰、磷酸銨和乙酸鐵為鋰源、磷源和鐵源。按照1^: 6: 摩爾比為2:1:2的比例稱量原材料，有機鐵源乙酸鐵的用量按照乙酸根與理論生成Li2FeP2O7的質(zhì)量比20%來稱取，不足量的鐵以無機鐵源氫氧化鐵來補足。將反應(yīng)原料置于球磨罐中，加乙醇經(jīng)球磨混料后得到的漿料在100°C下干燥。干燥后的混合料研磨并壓片后在氫氣和氬氣的混合氣體保護下以3°C /min的速率升至300°C進行預(yù)分解處理10h，預(yù)分解處理后的材料研磨均勻并壓片，然后在與預(yù)分解處理相同的氣氛下以相同速率升至700°C煅燒12h，冷卻、研磨后所得產(chǎn)物即為Li2FeP2O7材料。
實施例4:
以分析純碳酸鋰、磷酸氫二銨和乙酸鐵為鋰源、磷源和鐵源。按照Li:Fe:P摩爾比為2:1:2的比例稱量原材料，有機鐵源乙酸鐵的用量按照乙酸根與理論生成Li2FeP2O7的質(zhì)量比30%來稱取，不足量的鐵以無機鐵源三氧化二鐵來補足。將反應(yīng)原料置于球磨罐中，加乙醇經(jīng)球磨混料后得到的漿料在100°C下干燥。干燥后的混合料研磨并壓片后在氫氣和氬氣的混合氣體保護下以2°C /min的速率升至250°C進行預(yù)分解處理12h，預(yù)分解處理后的材料研磨均勻并壓片，然后在與預(yù)分解處理相同的氣氛下以相同速率升至650°C煅燒15h，冷卻、研磨后所得產(chǎn)物即為Li2FeP2O7材料。實施例5:
以分析純草酸鋰、磷酸銨和檸檬酸鐵為鋰源、磷源和鐵源。按照Li:Fe:P摩爾比為2:1:2的比例稱量原材料，有機鐵源檸檬酸鐵用量按照檸檬酸根與理論生成Li2FeP2O7的質(zhì)量比15%來稱取，不足量的鐵以無機鐵源鐵氫氧化鐵來補足。將反應(yīng)原料置于球磨罐中，力口乙醇經(jīng)球磨混料后得到的漿料在100°C下干燥。干燥后的混合料研磨并壓片后在氬氣的保護下以4°C /min的速率升至350°C進行預(yù)分解處理6h，預(yù)分解處理后的材料研磨均勻并壓·片，然后在與預(yù)分解處理相同的氣氛下以相同速率升至750°C煅燒8h，冷卻、研磨后所得產(chǎn)物即為Li2FeP2O7材料。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，其特征在于包括以下過程 1)將鋰源、無機鐵源、有機鐵源和磷源，按照配比進行稱量，然后用乙醇混合球磨，混合均勻的漿體經(jīng)干燥除去乙醇后，得到的混合料經(jīng)過研磨、壓片后準(zhǔn)備煅燒； 2)將步驟I)得到的壓片材料放入煅燒爐中，在保護氣氛下預(yù)燒，預(yù)燒溫度為200 400°C，預(yù)燒時間5 15個小時，升溫度率為I 5°C /min，所得預(yù)燒材料研磨、壓片后在高溫下進行煅燒，煅燒溫度為600 800°C，煅燒時間為3 24小時，升溫度率為I 5°C /min，然后取出煅燒料，研磨后得到Li2FeP2O7正極材料； 其中原料配比是Li :Fe:P摩爾比為2:1: 2，有機鐵源的用量按照其所含有機酸根與理論生成的Li2FeP2O7所需有機酸根的質(zhì)量比為10% 40%來稱取，不足量的鐵以無機鐵源來補足。
2.如權(quán)利要求I所述的鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，其特征在于步驟I)中所述的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰或者醋酸鋰。
3.如權(quán)利要求I所述的鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述的無機鐵源為氧化鐵、四氧化三鐵或者氫氧化鐵。
4.如權(quán)利要求I所述的鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述的有機鐵源為檸檬酸鐵、草酸鐵或者乙酸鐵。
5.如權(quán)利要求I所述的鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述的磷源為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨或者磷酸銨。
6.如權(quán)利要求I所述的鋰離子電池正極材料Li2FeP2O7的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述的保護氣氛為氮氣、IS氣或者氫氣和IS氣的混合氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池正極材料焦磷酸鐵鋰的制備方法，屬于新能源材料領(lǐng)域。該制備方法過程是將鋰源，鐵源，磷源按LiFeP2摩爾比為2:1:2比例混合，經(jīng)球磨均勻混料，然后干燥、研磨、壓片，轉(zhuǎn)移至煅燒爐中，在保護氣氛下預(yù)燒，預(yù)燒溫度為200～400℃，預(yù)燒時間5～15個小時，升溫度率為1～5℃/min，所得預(yù)燒材料研磨、壓片后在高溫下進行煅燒，煅燒溫度為600～800℃，煅燒時間為3～24小時，升溫度率為1～5℃/min，然后取出煅燒料，研磨后得到Li2FeP2O7正極材料。本發(fā)明的特點原材料來源廣泛，價格低廉；工藝簡單、易實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01M4/58GK102751498SQ20121025519
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者余志勇, 劉韓星, 姚蘭, 堯中華, 曹明賀, 郝華, 錢俊 申請人:武漢理工大學(xué)