[发明专利]层状LiFePO4材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种可以作为锂离子电池正极材料使用的具有层状形貌的LiFePO₄材料的制备方法以及制备得到的该LiFePO₄材料。 

背景技术

锂离子二次电池具有循环寿命长、能量密度大、电压平台高和无记忆效应等诸多优点，使其在移动电子设备等诸多领域的广泛应用。近几年随着新能源汽车等领域的发展，对锂二次电池做电动车电池寄予厚望，从而对锂离子电池中的正极材料也提出了更高的要求。 

橄榄石结构的LiFePO₄，由于其结构稳定，原材料便宜易得，环境友好，优良的循环性能，因此最有希望大规模应用于电动车动力电池。但由于LiFePO₄本身的电子导电率和锂离子在晶格内扩散速率低，因此导致其大电流性能较差，不利于其作为动力电池使用。 

橄榄石结构LiFePO₄的晶体结构如图一(a)所示，在充电过程中，锂离子沿LiFePO₄晶胞b轴的一维方向向晶体外扩散，Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，给出一个电子，完全脱锂后的晶体结构如图一(b)所示。因此，在LiFePO₄材料中，如果能够控制颗粒在b轴方向上有较小的尺寸，便有利于提高LiFePO₄的大倍率性能。同时，由于a轴和b轴方向并不影响Li⁺的表观扩散速度，因此增加a轴和c轴方向的尺寸，不会影响材料的大倍率性能，又可以有效提高LiFePO₄材料的振实密度和加工性能。 

传统的高温固相合成法是将含有Li、Fe和P元素的盐均匀的混合，然后在惰性气氛中高温煅烧一段时间，从而合成出LiFePO₄材料。采用这种方法，不能控制所合成的LiFePO₄材料的晶体生长方向。而传统的水热合成法，是将含有Li、Fe和P元素的盐配置成溶液，混合后经过高温水热过程，合成LiFePO₄材料。采用这种方法，同样不能控制所合成的LiFePO4材料的晶体生长方向。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有层状形貌的LiFePO₄材料的制备方法。 

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的LiFePO₄材料。 

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案： 

本发明公开了一种具有层状形貌的LiFePO₄材料制备方法，所述方法包括：

A、将Fe²⁺的可溶性盐溶液与磷酸铵、磷酸氢铵或磷酸二氢铵的水溶液按摩尔比Fe∶P＝1∶1的比例混合； 

B、用氨水调节步骤A的混合溶液至pH值为3-9； 

C、将步骤B得到的悬浊液过滤得到沉淀，并烘干得到绿色粉末； 

D、将步骤C得到的绿色粉末与Li源化合物按摩尔比Fe∶Li＝1∶1-1.05的比例混合； 

E、将步骤D得到的混合物于惰性气体与H₂的混合气氛中煅烧得到层状LiFePO₄材料，混合气氛中H₂含量为1-20％(v/v)。 

在本发明优选的实施方式中，所述层状LiFePO₄材料为含有C元素的LiFePO₄/C材料，且所述步骤D中还包括：在绿色粉末与Li源化合物的混合物中进一步加入含碳有机物共同混合。 

C元素含量占LiFePO₄/C材料的重量百分比为1-10％，所述含碳有机物优选包括蔗糖、葡萄糖、PVA、PVDF中的至少一种。 

优选的，所述Fe²⁺的可溶性盐溶液浓度为1-10mol/L，磷酸铵、磷酸氢铵或磷酸二氢铵的水溶液浓度为1-10mol/L。 

所述步骤B中，氨水的浓度优选为2-4mol/L。 

所述步骤B中，优选用氨水调节步骤A的混合溶液至pH值为5-8。 

所述步骤C中，烘干于40-100℃条件下进行，烘干时间为3-24小时。 

所述步骤D中，Li源化合物为氢氧化锂或碳酸锂。 

所述步骤E中，煅烧温度优选为400-800℃，煅烧时间优选为2-12h。