[发明专利]利用木质纤维作为碳源制备磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备方法，更具体地说是一种利用木质纤维作为碳源制备磷酸铁锂的方法。 

背景技术

自1991年Sony公司首次推出商品锂离子电池以来，经过20年的发展，锂离子电池已经以其开路电压高、循环寿命长、能量密度高、自放电低、无记忆效应、对环境友好等优点广泛应用于人们工作、学习、生活的各个方面。近年来，随着动力电池及大型电力储能装置的市场需求不断增加，陆续出现了以锂离子电池作为载体的动力及储能电源。由于传统正极材料钴酸锂在成本、环境友好性，以及安全性上的明显缺陷，限制了其市场应用。磷酸铁锂分子式为LiFePO₄，它作为一种新型锂离子电池正极材料，在成本、环保性、寿命及安全性上较传统锂离子电池材料有着明显的优势，因而成为未来动力电池及大型锂离子储能装置的首选材料。但磷酸铁锂材料本身也存在着固有的缺陷，其离子及电子电导率均不够理想，因而在低温及大电流充放电条件下性能较差。此外磷酸铁锂中的铁为二价铁，若采用二价铁源作为生产原料会增加生产难度，提高生产成本。 

针对磷酸铁锂的以上缺点，本发明主要通过采用廉价的木质纤维作为碳源，对产品进行表面碳包覆以降低其生产成本并改进其性能；此外还通过采用三价铁原料作为铁源降低生产成本。 

发明内容

本发明是通过采用木质纤维作为碳源，通过固相反应法，碳热还原制备高性能磷酸铁锂，降低了成本的同时保证了产品的高性能。 

本发明采用的技术方案是：利用木质纤维作为碳源制备磷酸铁锂的方法，其特征是按如下步骤进行：将锂源、铁源、磷源按照元素物质的量比Li：Fe：P =1：1：1加入球磨罐中，再加入磷酸铁锂产量5%~35% 质量的木质纤维素，以湿法球磨混合均匀，并保证最终磷酸铁锂产物内质量含碳量为0-10%；在空气中30～80℃下干燥1～48h后，经过充分研磨再在惰性气氛保护下以200～500℃保温2～20h进行预烧；预烧后的料经充分研磨后再次放置于惰性保护气氛下以550～900℃保温2～20h烧结，烧结后的产物经研磨后得到磷酸铁锂粉体。 

上述制备方法中，锂源为碳酸锂、磷酸二氢锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的至少一种。 

上述制备方法中，铁源为草酸亚铁、醋酸亚铁、草酸铁、醋酸铁、硝酸铁、磷酸铁、氧化铁中的至少一种。 

上述制备方法中，磷源为磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铁中的至少一种。 

上述制备方法中，碳源为木质纤维素、树木锯末、玉米秸秆、麻秆、麦秆、稻草、甘蔗渣、纸、棉花中的至少一种。 

上述制备方法中，原料混合研磨介质为去离子水、蒸馏水、工业酒精、无水乙醇、丙酮中的至少一种。 

上述制备方法中，惰性保护气氛为氩气、氮气、氦气、氢气中的至少一种。 

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：本方法选取原材料均为常见原料，且成本很低。另外，本方法的主要混料及合成方法为固相反应法，有利于在生产中推广。以此方法制备出的磷酸铁锂有着令人满意的电化学性能，放电容量较高，倍率性能、循环性能优秀。因此，在锂离子动力及储能电池上有良好的应用前景。 

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的LiFePO₄的X射线衍射（XRD）图。 

图2为本发明实施例1~4中制备的部分LiFePO₄的电子扫描显微镜（SEM）图。 

图3为本发明实施例2~4中制备的部分LiFePO₄的X射线衍射（XRD）图。 

图4为本发明实施例1中，原料含1.5g木质纤维素，烧结温度为630℃，烧结时间为10h时制备的LiFePO₄的25℃下电压-比容量曲线图。 

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。 

具体实施方式

实施例1： 

1、将0.025mol碳酸锂、0.025mol氧化铁、0.05mol磷酸二氢铵、0.5~2g木质纤维素加入球磨罐内，加入40ml丙酮，以湿法球磨混合24h；

2、将湿法球磨后的浆料在120℃下干燥2h至完全干燥； 

3、在惰性气氛保护下以350℃保温10h进行预烧。预烧后的料经充分研磨后再次放置于惰性保护气氛下以600~650℃保温5~15h烧结； 

4、烧结后的产物经研磨后得到磷酸铁锂粉体； 

5、结果表征：