[发明专利]一种用可控碳包覆FePO4合成电池正极材料LiFePO4的方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种用可控碳包覆FePO₄合成电池正极材料LiFePO₄的方法。

背景技术

在1996年J. Barker等在美国专利中首先提到了NASICON型磷酸盐材料Li₃V₂(PO₄)₃作为锂二次电池正极材料的应用。1997年Goodenough小组首次报道了具有橄榄石结构的磷酸亚铁锂（LiFePO₄）能可逆的嵌入或脱出离子，被认为是锂离子电池的理想正极材料。LiFePO₄的理论容量为170mAh/g，相对锂的电极电势为3.5V。在小电流下，LiFePO₄有着平坦的放电电压曲线，其电压曲线可以和稳压电源媲美。但是其糟糕的电子和离子传导率使得在Li⁺的嵌入和脱出的过程中，电子不能及时的导入和导出，使得其活性物质利用率降低，容量部分损失。其电子电导率低的缺点可以通过减小磷酸盐材料的粒度和在其表面碳包覆、机械研磨来避免。

中国专利200810102098.6中发明了一种用于锂二次电池的介孔结构磷酸盐材料的制备方法。发明中提到由一次颗粒团聚而成的具有介孔的球形或椭球形的二次颗粒的介孔材料能提高现有材料的倍率性能和能量密度。中国专利200610025223.9中提到用磷酸铁合成碳包覆的磷酸亚铁锂。它是采用还原剂将磷酸铁中的三价铁还原成二价铁，同时与溶液中的铵离子反应，形成非晶态的磷酸亚铁铵，然后磷酸亚铁铵和乙酸锂反应，得到磷酸亚铁锂，再经过碳包覆处理，得到碳包覆的磷酸亚铁锂。此方法没有先将磷酸铁用碳包覆，容易中高温烧结过程中团聚，不能得到碳包覆的纳米磷酸亚铁锂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原料成本低，工艺路线简单，适合规模生产的用可控碳包覆FePO₄合成LiFePO₄的方法。

本发明提出的用可控碳包覆FePO₄合成LiFePO₄的方法，是在氢氧化锂碱性条件的催化下，有机碳源在FePO₄表面聚合，合成碳包覆的FePO₄，再将FePO₄/RF和锂盐混合球磨以后，经过200～500℃预处理，再经600～900℃高温处理，得到1nm～5μ m的磷酸亚铁锂（LiFePO₄）。 

一种用可控碳包覆FePO₄合成电池正极材料LiFePO₄的方法，合成样品颗粒小，容量大，原料成本低，工艺路线简单，适合规模生产。

本发明方法的具体操作步骤如下： 

（1）碳包覆磷酸铁的合成  称取1--100g颗粒大小为1nm～5μ m磷酸铁，用80--120ml的蒸馏水超声分散15--30min之后，加入摩尔比为0.001～1的有机碳源：对羟基苯甲酸、邻羟基苯甲酸或间羟基苯甲酸，再超声15--30min，加入氢氧化锂，摩尔比LiOH:FePO₄=1:1，加热到40～50℃，搅拌15--30min，加入1～100ml的甲醛溶液，升温到70～250℃，反应2～24h，冷却至室温以后用酸调节PH至6.8—7.2，蒸干， 加入前躯体质量1～25%的还原性碳，球磨；

（2）碳包覆磷酸亚铁锂的合成  将上述球磨好的混合物，在气体的保护下，200～500℃预处理2～6h，球磨，再600～900℃高温处理6～15h，得到碳包覆的磷酸亚铁锂。

本发明中，FePO₄中的Fe也可以是Mn，Ti，Mg，V，Co，Ni。 

本发明中，碳层厚度为2 nm --10nm。

本发明中，碳包覆前躯体是对羟基苯甲酸，邻羟基苯甲酸或对羟基苯甲酸。

本发明中保护性气体是氮气，氩气，或氢氩混合气，其中氢氩混合气中氢的体积含量为2%-10%。

本发明中调节pH的酸为草酸，醋酸，柠檬酸。

本发明的优点是合成出表面包覆2nm--10nm厚度的碳包覆磷酸铁，避免因为高温处理造成磷酸亚铁锂的团聚，从而提高磷酸亚铁锂的电子电导率，得到接近理论容量170mAh/g的磷酸亚铁锂。本方法原料成本低，工艺路线简单，磷酸亚铁锂的颗粒可控，适合规模生产。

附图说明