的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成納米正極材料LiFePOd^方法，適用于正極材料LiFePO4I業(yè)化生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前商用鋰離子電池廣泛采用的正極材料是以過渡金屬(M)為基的氧化物或磷酸鹽，該氧化物和磷酸鹽是鋰離子的基體，其充放電過程主要是通過Li+的脫嵌來完成，所以鋰離子電池也稱為鋰離子搖椅電池。近20年來，鋰離子電池的這種性質(zhì)成為許多高電壓電池發(fā)展的理論基礎(chǔ)。LiFePO4是一種鋰離子電池正極材料，它具有安全的橄欖石結(jié)構(gòu)，這種晶體結(jié)構(gòu)能夠保證鋰離子多次嵌入和脫出，而不會導(dǎo)致晶格對稱性發(fā)生永久性的變化，從而不會降低其安全性，這使得其循環(huán)壽命可達2000次以上。所以以LiFePO4作為正極材料的鋰離子電池將成為未來動力電池及儲能電池領(lǐng)域研宄和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點之一。
[0003]目前，工業(yè)化的正極LiFePO4材料多采用固相合成法，其制備時間長，可控性差，成本高，工藝繁瑣成為制約其發(fā)展的主要因素。以熱爆合成法制備納米正極材料1^?6?04與傳統(tǒng)工藝相比較具有以下特點:(1)它是對反應(yīng)物整體加熱到一定溫度，使其瞬間完成合成反應(yīng)，合成時間短、能耗低、產(chǎn)物純度高，顆粒粒徑分布均勻；(2)產(chǎn)量高、生產(chǎn)效率高，適于工業(yè)化生產(chǎn)；(3)合成產(chǎn)物易獲得亞穩(wěn)相，具有較好的燒結(jié)活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種納米正極材料LiFePO4的制備方法。
[0005]本發(fā)明是納米正極材料LiFePO4的制備方法，其步驟為:
Cl)計算反應(yīng)物原料的摩爾比為Fe: C= 4:1，取FePO4 CH2CKLi2CO3作為原料，C作為還原劑，KNO3作為助燃劑，其中KNO 3的添加量為15%~60% ；
(2)將稱量好的反應(yīng)物料加入丙酮分散劑，在研缽中研細；
(3 )將混合均勻的物料置于模具中，在60~200MPa的壓力下壓制成直徑為9~69mm，10~45mm圓柱形壓壞，將壓還放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至壓力為0.015MPa，以30~300°C /min的升溫速率將試樣從20°C整體加熱到850°C等溫5min，使之完成熱爆反應(yīng)；
(4)將熱爆產(chǎn)物在800°C下進行等溫處理，處理時間為30min~120min。
[0006]本發(fā)明首次采用熱爆技術(shù)制備LiFePO4，其有益之處是:1.由于熱爆合成時間短、工藝簡單、合成過程中可控性強，能很好的控制產(chǎn)物的形貌及粒徑，從而能很大程度地提高LiFePO4純度及產(chǎn)量，并且產(chǎn)物活性較高，易于后續(xù)處理；2.合成過程能耗低，最大限度的節(jié)約能源；3.本發(fā)明直接合成出納米級類球形LiFePO4，可有效的增大正極材料的比表面積，對LiFePOj^電化學(xué)性能產(chǎn)生積極影響。
【附圖說明】
[0007]圖1為熱爆過程中爐膛內(nèi)壓力變化曲線，圖2為納米正極材料LiFePOj^ XRD圖譜，圖3、圖4是納米正極材料LiFePO4的掃描電子顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明是納米正極材料LiFePO4的制備方法，其步驟為:
Cl)計算反應(yīng)物原料的摩爾比為Fe: C= 4:1，取FePO4 CH2CKLi2CO3作為原料，C作為還原劑，KNO3作為助燃劑，其中KNO 3的添加量為15%~60% ；
(2)將稱量好的反應(yīng)物料加入丙酮分散劑，在研缽中研細；
(3 )將混合均勻的物料置于模具中，在60~200MPa的壓力下壓制成直徑為9~69mm，10~45mm圓柱形壓壞，將壓還放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至壓力為0.015MPa，以30~300°C /min的升溫速率將試樣從20°C整體加熱到850°C等溫5min，使之完成熱爆反應(yīng)；
(4)將熱爆產(chǎn)物在800°C下進行等溫處理，處理時間為30min~120min。
[0009]根據(jù)以上所述的納米正極材料LiFePO4的制備方法，其合成設(shè)備為真空燒結(jié)爐、或者真空管式爐，或者自蔓延燒結(jié)爐。
[0010]根據(jù)以上所述的納米正極材料LiFePO4的制備方法，使用的助燃劑是KNO 3，或者KClO3，或者 c6h12n4。
[0011]根據(jù)以上所述的納米正極材料LiFePO4的制備方法，使用的分散劑為丙酮，或者酒梓
m ο
[0012]根據(jù)以上所述的納米正極材料LiFePO4的制備方法，KNO 3的添加量為15~60%。
[0013]根據(jù)以上所述的納米正極材料LiFePO4的制備方法，其壓力范圍在60~200MPa。
[0014]根據(jù)以上所述的納米正極材料LiFePO4的制備方法，其壓坯形狀可以為圓形，或者方形，其直徑或邊長為9~69mm，壓還高度為10~45mmo
[0015]實施例1
將質(zhì)量為7.076g (1(勵3添加量為15%)的反應(yīng)物原料置于研缽中并添加丙酮分散劑后在研缽中研細混勻，將研磨后的樣品粉末在60MPa的壓力下壓制成直徑為Φ9Χ 1mm圓柱形壓坯，放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至爐膛內(nèi)壓力為0.015MPa，以30°C /min從20°C升溫至850°C等溫5min，使之完成熱爆反應(yīng)，再將熱爆產(chǎn)物在800°C下進行熱處理，熱處理時間為30min。待爐膛內(nèi)溫度冷卻至室溫取出樣品；測得制備的正極LiFePO4材料為納米類球形，顆粒大小在50~100nm左右。
[0016]實施例2
將質(zhì)量為7.076g (1(勵3添加量為30%)的反應(yīng)物原料置于研缽中并添加丙酮分散劑后在研缽中研細混勻，將研磨后的樣品粉末在60MPa的壓力下壓制成直徑為Φ9Χ 1mm圓柱形壓坯，放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至爐膛內(nèi)壓力為0.015MPa，以30°C /min從20°C升溫至850°C等溫5min，使之完成熱爆反應(yīng)，再將熱爆產(chǎn)物在800°C下進行熱處理，熱處理時間為30min。待爐膛內(nèi)溫度冷卻至室溫取出樣品；測得制備的正極LiFePO4材料為納米類球形，顆粒大小為30~70nm之間。
[0017]實施例3:
將質(zhì)量為7.076g (1(勵3添加量為60%)的反應(yīng)物原料置于研缽中并添加丙酮分散劑后在研缽中研細混勻，將研磨后的樣品粉末在80MPa的壓力下壓制成直徑為Φ9Χ 1mm圓柱形壓坯，放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至爐膛內(nèi)壓力為0.015MPa，以30°C /min從20°C升溫至850°C等溫5min，使之完成熱爆反應(yīng)，再將熱爆產(chǎn)物在800°C下進行熱處理，熱處理時間為30min。待爐膛內(nèi)溫度冷卻至室溫取出樣品；測得制備的正極LiFePO4材料為分布均勻的納米類球形，顆粒大小為50~100nm之間。
[0018]實施例4:
將質(zhì)量為7.076g (1(勵3添加量為30%)的反應(yīng)物原料置于研缽中并添加丙酮分散劑后在研缽中研細混勻，將研磨后的樣品粉末在120MPa的壓力下壓制成直徑為Φ9Χ 1mm圓柱形壓坯，放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至爐膛內(nèi)壓力為0.015MPa，以30°C /min從20°C升溫至850°C等溫5min，使之完成熱爆反應(yīng)，再將熱爆產(chǎn)物在800°C下進行熱處理，熱處理時間為30min。待爐膛內(nèi)溫度冷卻至室溫取出樣品；測得制備的正極LiFePO4材料為分布均勻的納米類球形，顆粒大小為50~100nm之間。
[0019]實施例5:
將質(zhì)量為7.076g (1(勵3添加量為30%)的反應(yīng)物原料置于研缽中并添加丙酮分散劑后在研缽中研細混勻，將研磨后的樣品粉末在200MPa的壓力下壓制成直徑為Φ9Χ 10_圓柱形壓坯，放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至爐膛內(nèi)壓力為0.015MPa，以30°C /min從20°C升溫至850°C等溫5min，使之完成熱爆反應(yīng)，再將熱爆產(chǎn)物在800°C下進行熱處理，熱處理時間為30min。待爐膛內(nèi)溫度冷卻至室溫取出樣品；測得制備的正極LiFePO4材料為分布均勻的納米類球形，顆粒大小為50~100nm之間。
[0020]實施例6:
將質(zhì)量為7.076g (1(