[发明专利]四元磷酸铁锂玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四元磷酸铁锂玻璃及其制备方法，属于功能玻璃材料技术领域。

背景技术

传统的锂离子电池正极材料为LiCoO₂，其存在的主要问题是：LiCoO₂不够稳定，在过充和过热时会发生分解，并可能引起电池爆炸；全球钴资源有限，产品价格高；此外，钴会对环境和人体有一定的危害。这些问题都限制了LiCoO₂在动力装置上的使用。1997年，Padhi等[Padhi A K，Najundaswamy K S，Goodenough J B，J.Electrochem Soc.，1997，144(4)：1188-1194]发现具有橄榄石结构的LiFePO4能可逆地嵌入和脱出锂离子，相比于LiCoO₂，LiFePO₄具有比容量高、循环性能好、高温充放电性能好、热稳定性好、环保、价廉等优点，使得其在各种电源领域，特别是在电动车所需的大型动力电源领域有极大的市场前景。

现阶段直接合成磷酸铁锂电极材料通常先采用固相反应、微波合成、水热处理、溶胶-凝胶法、共沉淀法等工艺制备粉体，粉体再经压制成型、烧结后制做电极材料，但这样制得的电极材料有一个非常突出的问题，即材料振实密度小。研究发现，采用先制备磷酸铁锂玻璃然后晶化获得磷酸铁锂晶体材料有望解决这一问题(Keita H等，Solid StateIonics，2007，178：801-807；Gorkowska I等，Journal of Thermal Analysisand Calorimetry，2008，93(3)：759-762)。目前，三元磷酸铁锂玻璃已有少量报道。增加组份使之成为四元玻璃可望提高磷酸铁锂玻璃的形成能力，并在较宽范围内调节其结构及性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种多组分的磷酸铁锂玻璃，该磷酸铁锂玻璃均为四组份玻璃体系，与三元磷酸铁锂玻璃相比，本发明玻璃的形成能力强，性能调节范围宽，经进一步热处理可望用于锂离子电池的正极材料。

本发明的另一个目的是提供该四元磷酸铁锂玻璃的制备方法，该方法简单易行，易于实施。

本发明是通过以下措施实现的：

一种四元磷酸铁锂玻璃，其特征是：化学式为M-Li₂O-Fe₂O₃-P₂O₅或Li₂O-Fe₂O₃-M-P₂O₅，其中，M为一价、二价、三价或四价的氧化物。

上述的四元磷酸铁锂玻璃中，M为Na₂O、K₂O、MgO、CaO、BaO或ZnO，化学式为M-Li₂O-Fe₂O₃-P₂O₅，其中，M的摩尔百分数为2.4-7.6％，Li₂O的摩尔百分数为12.4-17.6％，Fe₂O₃的摩尔百分数为30％，P₂O₅的摩尔百分数为50％。

上述的四元磷酸铁锂玻璃中，M为Al₂O₃，化学式为Li₂O-Fe₂O₃-Al₂O₃-P₂O₅，其中，Li₂O的摩尔百分数为30％，Fe₂O₃的摩尔百分数为14-18％，Al₂O₃的摩尔百分数为2-6％，P₂O₅的摩尔百分数为50％。