[发明专利]一种纯相高结晶度磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案属于锂离子电池正极材料，涉及一种纯相高结晶度磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池由于具有高能量密度、优良的循环性能等优点，在电池领域受到广泛的关注。目前，锂离子电池负极材料及电解质体系方面已经取得了极大的进展，而正极材料的发展相对落后，影响了锂离子电池的动力化进程。锂离子电池的正极材料主要有层状LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn)和尖晶石LiMn₂O₄，其中商品化的LiCoO₂资源短缺、价格昂贵且有毒性；LiNiO₂制备困难，存在安全性问题；LiMn₂O₄的循环性和高温性能仍需进一步的改进。LiFePO₄由于结构稳定、资源丰富、对环境友好、安全性好、循环寿命长且理论容量高达170mAh/g等优点，成为最有前途的锂离子正极材料之一。

磷酸铁锂的合成主要采用传统高温固相合成，此法制备的产物有物相不均匀，晶体无规则形状，晶体尺寸较大，粒度分布范围宽，且合成温度高，加热过程中需惰性气体保护等缺点。而通过水热法，可以制备出物相均匀，粒径小，结晶性好的材料。CN101764215A公开了通过水热合成法，一步直接制备磷酸铁锂的方法，通过向铁源与磷酸盐混合中加入锂源和还原剂，在高压反应釜中，180～200℃自生压力下，反应8～12小时生成了球形磷酸铁锂。该方法对设备要求较高，需要高温高压，且制备的材料颗粒较大，约为3～5微米，以三价铁为铁源，易生成杂相，纯度不高。另外，已有的水热法制备磷酸铁锂，条件要求苛刻，需要高温高压设备，尤其是大型的耐高温高压反应器的设计难度大，造价高，限制了工业化的生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种纯相高结晶度的磷酸铁锂的制备方法，采用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠为模板剂，在乙二醇-水体系中用回流法制备具有纯相高结晶度的磷酸铁锂粉体，以克服已有磷酸铁锂粉体的制备方法工艺复杂、条件苛刻和成本较高、结晶度偏低及纯度低的缺点。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种纯相高结晶度磷酸铁锂粉体的制备方法，其步骤是：

(1)将亚铁盐溶解在水中，制得0.002摩尔亚铁离子/毫升水的亚铁盐溶液，取10份，再加入10～20份乙二醇，配置成亚铁盐-水-醇的混合液，加入到带有回流装置的烧瓶中，电磁搅拌均匀，待用；

(2)将十二烷基磺酸钠溶解在水中，制得0.01～0.2克十二烷基磺酸钠/毫升水的十二烷基磺酸钠溶液，取10份，再加入10～20份的乙二醇，配置成十二烷基磺酸钠-水-醇的混合液，待用；

(3)将磷源溶解在水中，制得0.002摩尔磷/毫升水配比的磷源溶液，取10份，再加入10～20份的乙二醇，配制成磷源-水-醇的混合液，待用；

(4)将锂源溶解在水中，制得0.002～0.006摩尔锂/毫升水的锂源溶液，取10份，再加入10～20份的乙二醇，配制成锂源-水-醇混合液，待用；

(5)将步骤(2)，(3)，(4)中配制的混合液预热到60℃，依次快速加入到步骤(1)中的烧瓶中，在氮气保护下，升温，回流反应12～36小时；

(6)室温下原液静置，水洗，再经抽滤或离心分离，烘干，得到产物为纯相高结晶度磷酸铁锂粉体；

上述组分的份数均为体积份数，且各步骤中所用的体积单位相同。

上面步骤(1)中所述的亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。

上面步骤(3)中所述的磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸。

上面步骤(4)中所述的锂源为氢氧化锂、碳酸锂或氯化锂。

本发明的有益效果是：

1.本发明方法所得到的磷酸铁锂是结晶度好的、纯相的磷酸铁锂。如图1所示，产物XRD的衍射强度很高，而且清晰、尖锐，没有杂峰，说明得到的磷酸铁锂的结晶度很好，且为纯相，克服了已有的磷酸铁锂结晶度偏低，有杂质的缺点，并且无需通过煅烧提高结晶度，节约了能耗。

2.本发明方法中，采用毒性低的阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠，有利于无毒害生产和环境保护。

3.本发明方法采用在常压回流反应，设备简单，不需要现有水热合成技术要求的2MPa以上压力的高压反应器。反应回流温度为乙二醇-水混合溶剂的共沸温度112～118℃，较通常的水热合成温度200℃低得多，大量减少了能耗，克服了现有技术水热合成磷酸铁锂存在的通常需要高温、高压条件。