[发明专利]一种纳米磷酸亚铁锂的低温水热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米磷酸亚铁锂(LiFePO₄)化合物的低温水热合成方法，属纳米无机化合物能源材料制造工艺技术领域。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等优点，能够满足便携式电子产品的轻薄短小的要求，成为上述领域最具竞争力的配套产品。经过几年的市场竞争，锂离子电池以卓越的高性价比优势，已经在笔记本电脑、手机、摄录机等移动电子终端设备领域占据了主导地位。同时，锂离子电池在车用蓄电池、不间断电源、大型通讯电源等方面的应用也具有广阔的前景。

锂离子电池性能的提高主要依赖于电极材料的改进和新材料的开发。含有锂的过渡金属化合物是目前研究最广泛的锂离子电池正极材料，如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等，由于LiCoO₂成本高、毒性大，而且钴的资源少，因此限制了其在大容量电池上的应用。LiNiO₂则有制备困难和热稳定性差的缺点。虽然LiMn₂O₄比LiCoO₂廉价且安全，但因其容量低及循环稳定性能有待改善，在实际使用上仍不理想。

目前发现一些含磷酸根离子的材料对于热、过充等条件具有很高的安全性能，其中尤其以磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的综合性能最为突出。这些材料一般采用固相法、溶胶—凝胶的方法，存在工艺复杂、制备时间长、成本高、性能一致性差等缺点。开发一种工艺简单、易于控制的材料制备方法，是锂离子电池正极材料领域要解决的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、易于控制的纳米磷酸亚铁锂的低温水热合成方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种纳米磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的低温水热合成方法，其特征在于该方法具有如下工艺过程：

a.按亚铁离子与磷酸根离子的摩尔比为1∶1称取可溶性亚铁盐、磷酸或磷酸铵盐，溶于去离子水中；加入适量的络合剂，络合剂与亚铁离子摩尔比为0.1∶1～1∶1，在不断搅拌下，再加入水溶性锂盐或弱酸环境可溶的锂盐，锂离子与亚铁离子摩尔比为1～2∶1，反应体系的总浓度为0.1～3.0mol/L，得到前驱溶液；

b.前驱溶液置于超声振荡器中振荡5～10分钟，得到均匀的混合溶液；

c.在混合溶液中加入适量PH值调节剂，或在反应釜中加入适量PH值调节剂，将混合溶液移入高压反应釜，封闭高压反应釜；

d.经120～190℃加热5～30小时，打开高压反应釜，取出反应生成物；

e.用乙醇洗涤上述反应生成物，再用蒸馏水清洗，并用高速离心机离心分离，反复多次，以去除其中未反应的离子以及络合剂；

f.将离心分离所得固体物放在真空干燥箱中干燥，温度为50～80℃，烘干时间为4～8小时；干燥后即得灰黑色粉末的纳米磷酸亚铁锂材料；

g.为进一步提高磷酸亚铁锂的电化学性能，将纳米磷酸亚铁锂材料在惰性气体或弱还原性气体的保护下，以5℃/min的升温速率升温至300～600℃，热处理1～10小时后自然冷却，得到粒径均匀分散的纳米磷酸亚铁锂材料。

优选，步骤a的含磷化合物选自：磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸以及他们的组合。

优选，步骤a的锂盐选自水溶性较好或在弱酸下溶解性较好的锂盐：氢氧化锂、氯化锂、硫酸锂、硝酸锂、碳酸锂以及他们的组合。

优选，步骤a的亚铁盐选自水溶性较好的二价铁盐：氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铁铵(及其水合物)以及他们的组合。

所述的络合剂为乙二胺四乙酸二钠；PH值调节剂为碳氨或尿素等。

本发明的LiFePO₄材料的低温水热合成方法，前驱溶液为均匀、呈蓝绿色透明溶液；溶液PH值在1～6之间；前驱溶液加入反应釜的同时，加入60～120℃之间可以水解或分解，释放OH^-的PH值的添加助剂，加入量为0.1～1.0mol/L，保证在反应后，溶液体系的PH值在7～9之间；

本发明过程控制简便，材料产出率达到99％以上，过程无重金属污染。材料颗粒度均匀(图4)，平均粒径在200～500纳米，电化学性能优越，具有较好的应用价值，可用于锂离子电池电极材料。

附图说明