[发明专利]粒径可控的纳米FePO4的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体而言，本发明涉及纳米FePO₄的制备方法。

背景技术

在锂离子二次电池正极材料磷酸铁锂发明以前，磷酸铁主要应用于陶瓷食品添加剂等领域，近年来也被作为催化剂载体。随着锂离子电池正极材料磷酸铁锂的蓬勃发展，磷酸铁也被广泛地应用于制备高性能磷酸铁锂正极材料的前驱体。

近年来，随着全世界石油资源的逐步枯竭和汽车尾气对环境污染的日益严重，电动车(EV)或混合电动车(HEV)以及相应动力电源得到迅速发展。锂离子电池体积小、工作电压高、无记忆效应、污染小、循环寿命长等诸多优点，因而受到广泛欢迎。锂离子电池正极材料是决定电池性能的一个关键因素，目前已经商业化的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等，但相比较其它正极材料而言，LiFePO₄具有两个显著的优点：优异的安全性能及循化性能，这是由于其内部独特的脚手架结构使其在循环过程中分子结构非常稳定，因此近年来国际上普遍认为LiFePO₄是高能动力电池的最佳新型正极材料。

尽管LiFePO₄拥有众多优点，但也有一些不足之处，特别是目前LiFePO₄主要应用领域是动力锂离子二次电池，所以大电流放电时使得这些缺点显得更加突出：首先，其电导率低，纯LiFePO₄的电导率一般在10-10S/m这个数量级，这个问题严重制约着其作为高功率电池的实际应用；其次，因LiFePO₄结构为锂离子扩散提供的通道有限，锂离子在晶粒内部的嵌入和脱出速度慢，这导致当LiFePO₄用于高倍率放电时锂离子的嵌入和脱出速度小于界面化学变化速度，表现为高倍率放电时克容量较低且极化厉害；最后，其堆积密度及压实密度低导致电池的能量密度低；颗粒形貌难以控制导致其加工性能较差。这些问题导致其在商业化应用上存在很多障碍，所以必须从材料制备上解决LiFePO₄的所面临的这些困难。在诸多提高LiFePO₄性能的方法中，获得纳米化的LiFePO₄从而减小Li+在晶粒中的扩散距离，有助于大大提高LiFePO₄的高倍率冲放电性能。

合成LiFePO₄的方案很多，在诸多合成方案中，以FePO₄为前驱体合成LiFePO₄具有鲜明的特点：FePO₄与LiFePO₄具有相似的晶体结构，而Li+在高温下具有极好的扩散性能，所以可以通过控制FePO₄的颗粒形貌、尺寸及粒度分布来合成理想的纳米LiFePO₄，也即FePO₄的遗传特性。据此，我们可以相对容易地利用各种软化学法制备出纳米FePO₄，通过控制pH值、温度、浓度、表面活性剂及其它条件来合成粒径、形貌、粒度分布的可控纳米FePO₄，并通过高温固相反应合成LiFePO₄，同时将FePO₄颗粒尺寸、形貌等遗传给LiFePO₄。而合适颗粒形貌、尺寸、粒度分布的LiFePO₄是具有优异电化学性质锂离子电池必备条件。

因此，通过控制pH值、温度、浓度、表面活性剂及其它条件来合成粒径、形貌、粒度分布的可控纳米FePO₄，从而利用该可控纳米FePO₄为前驱体合成LiFePO₄的方法是非常有意义的。

发明内容

本发明提供了合成纳米FePO₄的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种制备纳米FePO₄的方法，包括以下步骤：

a.将可溶性磷源及可溶性三价铁盐溶于去离子水中，利用酸调节其pH值使溶液处于澄清透明；

b.向a步骤所得溶液中加入有机溶剂、表面活性剂并搅拌至溶液均匀、澄清、稳定状态；

c.调节b步骤所得溶液至一定温度，然后把溶液置入超声场中，并在剧烈搅拌下缓慢加入碱性溶液，调节溶液至一定pH值得到FePO₄胶粒溶胶；