[发明专利]简单廉价的锂离子动力电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种简单廉价的LiFePO₄的制备方法，属于无机纳米材料合成领域。

背景技术

锂离子动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池。自上世纪九十年代以来，锂离子电池得到了飞速发展。由于其高工作电压、高容量、高比能量和良好的循环性能，应用领域越来越广泛。LiFePO₄是最近两年才快速发展起来的正极材料，其较高的安全性能，良好的耐高温特性，优越的循环性能，冲放电压平缓，价格便宜，无毒，环境相容性好，矿藏丰富，较高的比容量(理论容量170mAh/g，能量密度550Wh/kg)和较高的工作电压(3.4V，以金属锂为负极)使得其作为动力电池和备用电源领域有广阔的应用前景，有望成为下一代锂离子电池正极材料的主力军。

LiFePO₄由于Fe²⁺离子的存在，因而其制备工艺要求在隔绝氧气的环境中烧结。一般的制备工艺包括高温固相反应法，水热法，微波合成法和溶胶凝胶法等。固相反应法的难点在于原料不易混合均匀，烧结过程产生大量的气体。水热法的缺点在于需要耐高温高压设备，工业化生产的难度大，而微波合成法的缺点是设备投入较大，难于工业化。溶胶凝胶法通过将金属盐经水解形成均匀的溶胶，通过干燥和焙烧而得到所需的无机粉体材料，此方法具有化学均匀性好(可达分子级水平)，纯度高，颗粒细，热处理温度低等优点，因为我们采用该方法制备LiFePO₄。通常Fe²⁺离子的原料价格偏高，因此大量的工作集中在利用廉价的Fe³⁺离子的原料，通过制备过程中将Fe³⁺离子还原成Fe²⁺离子以制备LiFePO₄。通常采用草酸，蔗糖等有机原料提供还原反应所需的碳。对于溶胶凝胶法，络合剂的选择至关重要，合适的络合剂将有助于LiFePO₄的成相。我们借鉴多铁性材料BiFeO₃制备工艺中采用酒石酸做络合剂，可以很好的压制杂相的形成，在较低的烧结温度下获得非常纯的单相BiFeO₃(S.Ghosh，et al.J.Am.Ceram.Soc.88，1349(2005)))。在我们利用溶胶凝胶法制备LiFePO₄的过程中，适量的酒石酸既提供了Fe³⁺还原所需要的碳，同时也作为络合剂有助于LiFePO₄的成相。可以在按比例将原料配比成溶液后一步烧结直接得到纯相的LiFePO₄。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、普适且经济的的锂离子动力电池正极材料LiFePO₄的制备方法。

技术方案：本发明的简单廉价的LiFePO₄的制备方法包括以下步骤：

1)、按摩尔比1∶1∶1∶1的比例将原料Fe(NO₃)₃·9H₂O，NH₄H₂PO₄，CH₃COOLi·2H₂O，C₄H₆O₆溶解于去离子水中形成溶液；

2)、将溶液放入通氩气气氛保护的炉子中，60℃～95℃下烧结脱水3小时～5小时；

3)、将炉子温度升至120℃～170℃，以充分脱水25～35分钟；

4)、将炉子温度升至300℃～350℃，使原料充分分解3小时～5小时；

5)、将炉子温度升至650℃～800℃，烧结9小时～10小时，然后自然降温，得到基本产品LiFePO₄。

所述的基本产品，在室温空气下研磨后再放入氩气气氛保护的炉子中，将炉子温度升至650℃～800℃，再烧结9小时～10小时，然后自然降温，得到更好的结晶度，即得到最终的产品LiFePO₄。

步骤1)所述C₄H₆O₆的选择既为Fe³⁺还原为Fe²⁺提供了还原剂，同时又是络合剂有助于LiFePO₄的成相，在650℃到800℃的制备温度下形成纯相的LiFePO₄。

有益效果：