[发明专利]一种纳米级磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属锂离子电池正极材料的技术领域，具体涉及一种纳米级磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

具有橄榄石结构的LiFePO₄具有较高的容量（理论比容量170mAh/g）、无毒、价廉、在充放电状态下有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能等优势，尤其适宜用作锂离子大功率动力电源。因此，从环境与发展的角度看，开发LiFePO4正极材料，将使锂离子电池突破目前的存储容量和电能极限，进而促进锂离子电池的大型化（电动车辆、电动工具及分散式电网调峰）、小型化（3G时代多功能化手机、笔记本等便携式电子产品）和微型化（半导体器件、微型装置、薄膜电池）发展，最终成为电池行业的分水岭。为此，LiFePO₄正极材料的研究成为目前的研究热点。

但是磷酸铁锂也有着电子电导比较低、锂离子迁移速率低、振实密度比较低等缺点。这些缺点会使LiFePO₄不能进行大电流的充放电，即在充电时随着电流密度的增大，比容量将迅速下降。并且现有共沉淀合成磷酸铁锂方法所使用的原料常为硫酸亚铁、氯化铁、硝酸铁等，共沉淀后会有部分杂质离子无法洗出，这会影响电池或者极片状态，导致循环性能和存储性能降低。

发明内容

本文发明的目的是向本领域内提供一种液相中合成纳米级磷酸亚铁锂材料的制备方法，本方法解决了合成中产品纯度不够高，无法纳米化和包覆不均匀等问题，能够得到纳米级高纯度的磷酸铁锂，并且具有高振实密度和优秀的电化学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种纳米级磷酸铁锂的制备方法主要包括以下步骤，

（1）将铁盐溶解并使用氨水沉淀得氢氧化铁，抽滤并多次洗涤后烘干待用；反应过程中需通过不断搅拌使沉淀完全。

（2）将上步所得氢氧化铁与磷酸按摩尔比1:1.5混合反应2~4h，得乳白色的磷酸铁沉淀；反应过程应用超声降低粒径并通氮气保护。 

（3）向上述步骤（2）沉淀中加入还原剂，超声反应1~2h，至沉淀重新变为乳白色。

（4）按锂/铁摩尔比0.9~1.1：1向上述步骤（3）沉淀中加入锂源溶液，超声反应2~4h。

（5）混合前驱体、碳源，机械搅拌，经过旋蒸干燥得碳包覆的前驱体；

（6）上述步骤（5）中前驱体在N₂中烧结，得最终产物。

上述制备方法中，步骤（1）中所述铁盐主要为三价铁盐。

上述制备方法中，步骤（3）中所述还原剂可以是抗坏血酸、水合肼、二甲基胺硼烷中的一种或其中几种；还原剂加入的量和氢氧化铁摩尔比为1~2:5。

上述制备方法中，步骤（4）中所述的锂源可以是碳酸锂或氢氧化锂中的一种或两种的混合物。

上述制备方法中，步骤（5）中所述的碳源可以是PEG600、PEG6000、PEG10000、PEG20000、葡萄糖、聚碳酸酯、蔗糖中的一种或其中几种的混合物。

上述制备方法中，步骤（5）中所述的氢氧化铁和溶剂重量比为2~3:10，碳源和的磷酸铁锂前驱体重量比为0.3~1:10。

上述制备方法中，步骤（6）中所述烧结可以分为三个温区，第一烧结温区为150℃~250℃烧结时间2~4h，第二烧结温区为400℃~600℃，烧结时间2~4，第三烧结温区为650℃~750℃烧结时间4~15h。

根据以上一种纳米级磷酸铁锂的制备方法所制得的磷酸铁锂材料，其粒度范围在300~500nm之间，0.2C首次容量大于166mAh/g，效率大于96%。

本发明的一种纳米级磷酸铁锂的制备方法使用液相沉淀法，采用二次沉淀，首先制备不含酸根离子的Fe(OH)₃，然后再和磷源进行沉淀反应，全面降低了磷酸铁锂中的杂质离子，提高纯度；在反应过程中我引入超声分散进一步使反应完全并且成功将合成粒度降低进而纳米化，提高了电导率；最后覆采用有机体系液相C包覆使得有机物分散更加均匀。本方法所制得的纳米级高纯度的磷酸铁锂具有高振实密度和优秀的电化学性能。

附图说明

图1为实施例1中制得的纳米磷酸铁锂材料的电镜照片；

图2为实施例1中制得的纳米磷酸铁锂材料的0.2C半电池首次曲线；

图3为实施例1中制得的纳米磷酸铁锂材料的全电池循环曲线图。

具体实施方法

以下通过附图和实施例具体说明本发明的实施方式。

实施例1