[发明专利]一种制备纳米磷酸铁锂电池正极材料的微波-水热方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米磷酸铁锂电池正极材料的微波-水热方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

现代生活提倡低碳生活，绿色消费。2009年，我国成为全球第二大二氧化碳排放国，节能减排重任异常艰巨，而原油对外进口依存度首次超过50％，新能源产业已成为中国和世界各国着重发展的关键领域之一，其中动力电池的研发成为了新能源产业争夺的中心。

锂离子电池作为一种新型动力电源由于具有重量轻、容量大、无记忆效应、无毒无污染等优点，成为动力电池研发的首选。锂离子电池主要包括正极、负极、隔膜及电解液四大材料，而正极材料是锂离子电池中最为关键的部分，直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化，约占成本的30％左右。磷酸铁锂正极材料因其具有理论容量高，安全性和循环性良好，原料低廉，安全无毒的优点，市场需求量逐年攀升。但突出的问题是由于磷酸铁锂自身的结构缺点，锂离子的通道仅是一维的，相比其它正极材料的二维或三维通道，其表现出的电导率明显不足。针对这一问题，研究者们提出了在磷酸铁锂表面包覆导电剂，颗粒纳米化，掺杂导电金属等多种改善途径。其中，实现颗粒纳米化可以大大缩短锂离子电池在充放电过程中Li⁺的脱出和嵌入通道，从而有效提高材料活性，改善电池导电率，得到了各国研究者们的深入研究和广泛认可。

目前，磷酸铁锂电池正极材料的制备方法有固相法和液相法两种。其中固相法是在550～700℃的高温和惰性气体条件下进行的，生产周期长，能耗大，且产物颗粒大，分布不均，形貌难以控制。常用的液体法有水热法，共沉淀法，溶胶-凝胶法等，产物虽较固相法纯度更高，颗粒尺寸可达纳米级，形貌可控性提高，但也存在工艺复杂，成本高，周期长，制备条件苛刻的缺点。所以近年来，研究者们一直试图寻找在温和条件下制备高质量纳米磷酸铁锂电池正极材料的新方法。

发明内容

本发明的目的在于解决的问题是提供一种工艺简单，条件温和，成本低廉，产品纯度高，形貌可控性好的纳米磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，解决传统方法的缺点和局限性。

本发明采用如下技术方案：

(1)将水溶性锂源化合物，铁源化合物和磷源化合物按照一定的摩尔比混合，并加入掺杂元素化合物，反应还原剂，表面活性剂作为反应添加剂，溶于去离子水或水与其它溶剂的混合溶剂中，充分搅拌，调节pH值在4.5～7.5范围内；

(2)将上述混合物装入反应管，置于微波反应仪中在100～250℃范围内进行微波-水热反应，恒温5～150分钟，之后冷却至室温；

(3)将反应产物进行分离，洗涤，然后干燥，即得到灰白色松散的纳米磷酸铁锂电池正极材料。

前述步骤(1)中所述的水溶性锂源化合物为氢氧化锂，硫酸锂，氯化锂，硝酸锂，碳酸锂，乙酸锂，磷酸二氢锂，乳酸锂和草酸锂中的一种；所述的水溶性铁源化合物为硫酸亚铁，氯化亚铁，醋酸亚铁，草酸亚铁，乳酸亚铁，柠檬酸铁，磷酸亚铁，磷酸铁，硝酸铁，醋酸铁，草酸铁，硫酸铁和氯化铁中的一种；所述的水溶性磷源化合物为磷酸，磷酸二氢锂，磷酸铵，磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种。

前述步骤(1)中所述的掺杂元素化合物为金属钠，钾，铷，铯，镁，钙，锶，钡，铝，钛，钒，铬，锰，钴，镍，铜，锌，锆，铌，钼，钌，钨，锡或稀土金属元素的水溶性化合物中的一种或两种，掺杂元素摩尔分数为0.05～10.0％；所述的反应还原剂为抗坏血酸，柠檬酸，亚硫酸钠，氨水，尿素或葡萄糖，果糖等还原糖类中的一种；所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵此类季铵盐型阳离子表面活性剂的一种。

前述步骤(1)中所述混合液中的其它溶剂为乙醇，乙二醇，聚乙二醇，丙二醇，二甘醇，三甘醇，甘油，丁三醇和丙酮中的一种。