[发明专利]一种超声溶剂热-微波水热制备柱状LiFePO4晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柱状LiFePO₄晶的制备方法，具体涉及一种超声溶剂热-微波水热制备柱状LiFePO₄晶的方法。

背景技术

LiFePO₄具有橄榄石结构，能可逆的嵌入和脱嵌锂离子。同时具有高能量密度，性能稳定、安全性高、环境友好以及价格更加便宜等优点。该材料理论比容量高，为170mAh/g^-1，相对于锂金属负极具有平坦而适中的放电平台(3.4V左右)，因此被认为是最具有潜力的锂离子电池正极材料。但是纯LiFePO₄存在一个由晶体结构决定的缺点：电导率小(约为10^-9S/cm)、离子扩散系数低(约为10^-11～10^-10S/cm)，导致其于大电流密度下放电的容量急剧下降，循环性能也变差，限制了LiFePO₄的应用。

磷酸铁锂的制备方法有高温固相法、水热法、溶胶-凝胶法、微波法、液相共沉淀法、碳热还原法和微乳液法等。其中高温固相法是制备磷酸铁锂的最常用方法。Padhi等用高温固相法制备LiFePO₄[Padhi A K，Nanjundaswamy K S，Masquelier C，et al.Effect ofstructure on the Fe³⁺/Fe²⁺redox couple in iron phosphates[J].JElectrochem Soc，1997，144(5)：1609-1613.]。此法的优点是工艺简单，易实现产业化，但产物粒径不易控制，分布不均匀，形貌也不规则，并且在合成过程中需要使用惰性气氛保护。这些方法要么对设备要求高，比较昂贵；要么原料的利用率很小；要么工艺复杂，制备周期长，可重复性差。为了达到实用化大规模生产的目的，必须开发生产成本低、操作简单、制备周期短的LiFePO₄粉体的制备工艺。

超声溶剂热-微波水热法作为一种新型的制备纳米粒子的方法，结合了超生化学法[Cao liyun，Zhang Chuanbo，Huang Jianfeng.Ceramics International，2005，31：1041-1044.]、溶剂热法和微波水热的多重优点，反应温度更低，并且超声和微波的非热效应影响产物晶型的行程，可制备形貌可控的晶体。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的缺点，提供一种不仅生产成本低，而且操作简单，合成效率高的超声溶剂热-微波水热制备柱状LiFePO₄晶的方法。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：

1)分别将分析纯的LiOH·H₂O或Li₂CO₃和NH₄H₂PO₄、FeC₂O₄·2H₂O按照Li∶PO₄∶Fe＝(0.5～6)∶(1～5)∶(0.5～5)的摩尔比加入无水乙醇中，密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成Fe²⁺浓度为0.1～0.8mol/L的溶液A；

2)按二甲基亚砜与溶液A为1∶1～4的体积比向溶液A中加入分析纯的二甲基亚砜，磁力搅拌均匀得溶液B；

3)将盛有溶液B的锥形瓶至于固有频率为80KHz的清洗槽式超声波发生器中，密封锥形瓶，在水浴温度为40～80℃，超声功率为300～1000w，反应30～120min；

4)反映结束后自然冷却到室温，得墨绿色悬浮液，静置后滤去上层清液，将下层悬浊液在真空泵中抽滤得沉淀物C；

5)向沉淀物C中加入去离子水后密封，磁力搅拌均匀得Fe²⁺浓度为0.05-0.5mol/L前驱溶液D；

6)将前驱溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在40-80％；然后密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式或者压控模式进行反应，温控模式水热温度为80～180℃，压控模式水热压力为0.5MPa～4.0MPa，反应10min～60min，反应结束后自然冷却到室温；