[发明专利]磷酸亚铁锂的制备方法及电池正极无效
申请号: | 200910214249.1 | 申请日: | 2009-12-29 |
公开(公告)号: | CN102110814A | 公开(公告)日: | 2011-06-29 |
发明(设计)人: | 卢周广;钟志源 | 申请(专利权)人: | 钟志源;卢周广 |
主分类号: | H01M4/58 | 分类号: | H01M4/58;C01B25/45 |
代理公司: | 广州三环专利代理有限公司 44202 | 代理人: | 郝传鑫 |
地址: | 中国香港香港九*** | 国省代码: | 中国香港;81 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 磷酸 亚铁 制备 方法 电池 正极 | ||
技术领域
本发明涉及一种磷酸亚铁锂的制备方法,进一步涉及使用该方法制备出的磷酸亚铁锂以及含有该磷酸亚铁锂的电池正极。
背景技术
橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFePO4)具有热稳定、长寿命、原料丰富、环境友好、价格低廉以及安全(过充过放下不会发生爆炸)等突出优点,因而成了目前最具应用前景的新一代二次锂离子电池用正极材料,尤其适合应用于混合电动汽车的大动力电源。然而橄榄石结构同时具有电子导电率低及锂离子扩散速率低的缺点,因此其高倍率性能非常差,从而严重限制了它的商品化应用。
为了解决这个问题,最近十年国内外进行了大量的研究,并提出了一些解决方案,主要有如下三种:(1)在LiFePO4颗粒表面包覆一层导电层,例如碳层、贵金属(例如,银或铜)层以及FexP层等,以达到提高材料电导率的目的;(2)合成纳米尺度(<100nm)的LiFePO4材料,以缩短Li+的扩散路径,从而达到提高锂离子扩散速率的目的;(3)掺杂阴离子(O2-)或阳离子(Li+或者Fe2+)以提高电导率和离子扩散率。但是,上述解决方案或者代价高昂,或者工序繁琐,或者电导率提高不理想,不能很好地满足市场需求。
有鉴于此,有必要提供一种新型磷酸亚铁锂材料及其制造方法,从而提供更好的锂电池电极材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种成本较低、工序简单且产品性能优良的磷酸亚铁锂材料制造方法。
在一个实施方式中,本发明提供一种制备磷酸亚铁锂的方法,其包括:
(a)将二价铁源化合物水溶液、磷源化合物水溶液和锂源化合物水溶液按Fe∶P∶Li=1∶1∶2~3的摩尔比均匀混合,得到混合均匀的混合物;
(b)向该混合物中加入形貌控制剂,并调节混合物的pH为7-10;
(c)将混合物加入反应容器中,并将反应容器置于120-250℃的温度反应2-36小时;
(d)冷却至室温,随后过滤、洗涤并在30-120℃的温度烘干,得到磷酸亚铁锂颗粒。
在一个实施例中,步骤(a)中所述的二价铁源化合物选自氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁、硫酸二铵亚铁、硫酸铵亚铁及醋酸亚铁中的一种。
在一个实施例中,步骤(a)中所述的磷源化合物选自磷酸、磷酸三铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠中的一种。
在一个实施例中,步骤(a)中所述的锂源化合物选自氢氧化锂、醋酸锂、氯化锂、硫酸锂、硝酸锂、柠檬酸锂或碳酸锂中的一种。
在一个实施例中,步骤(b)中所述形貌控制剂选自柠檬酸(CA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙二醇(EG)和聚乙烯醇(PVA)中的一种。
在优选的实施例中,步骤(b)使用选自氨水、KOH、NaOH、LiOH、(NH4)2CO3、NH4HCO3和尿素中的一种碱性物质来调节混合物的pH。在优选的实施例中,步骤(c)中的反应容器为水热反应釜。
本发明另一方面提供使用上述方法制备出的磷酸亚铁锂。在发明的又一个方面提供含有上述磷酸亚铁锂的电池正极。
本发明的制造方法工艺简单、温度低,得到的产品纯度高、结晶好,所制备的产品粒度小(<2μm)而且粒度分布均匀,且具有规整的形貌,颗粒尺寸分布范围窄甚至是单分散的颗粒。通过控制形貌控制剂的类型,可制备出不同形貌的颗粒材料,例如纺锤形、薄片状、纳米棒状、多面体形、立方体形以及空心的形貌,从而为详细研究不同颗粒形貌对材料电化学性能的影响打下基础。电化学研究表明,所合成的LiFePO4正极电极材料的电化学性能受其颗粒形貌的影响较大,特别是对于所制备的空心结构LiFePO4材料,通过大大缩短Li+离子在颗粒间的扩散距离,同时提高电解液和活性材料的接触面积,从而具有非常优良的电化学性能,其大电流充放电性能优良,工艺简单,成本低,而且易于实现工业化。
附图说明
图1是对比实施例1所得产品的SEM图;
图2是本发明实施例2所得产品的SEM图;
图3是本发明实施例3所得产品的SEM图;
图4是本发明实施例4所得产品的SEM图;
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