[发明专利]利用水热法制备磷酸铁锂的方法及其制备的磷酸铁锂

说明书

技术领域

本申请涉及电池正极材料制备领域，特别是涉及一种利用水热法制备磷酸 铁锂的方法。

背景技术

锂离子电池于上世纪90年代由日本索尼公司推向市场，因其单体电池工作 电压高、能量密度大、循环寿命长等特点，在手机、笔记本电脑等小型移动电 源领域得到广泛应用。随着锂离子电池能量密度及功率密度的进一步提升，它 已被视作混合动力汽车及纯电动汽车的理想电源，是一类具有广阔应用前景的 储能装置；并进一步发展到航天航空应用。

目前，商业化应用的锂离子电池正极材料有LiCoO₂，Li₂MnO₂，LiFePO₄和 LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO₂等，而LiCoO₂占据着大部分的市场。LiFePO₄作为一种高容 量(170mAh/g)、环境友好、成本低廉、资源丰富的锂离子电池正极材料，是将 锂离子电池应用到电动汽车、储能电站、军事武器等高容量、高安全性、大功 率的工业大电池领域的重要材料。

合成磷酸铁锂正极材料的方法包括固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热 法等。固相法工艺简单、成本低，但该方法合成的材料存在电化学性能稳定性 差，颗粒分布不均匀，晶体形貌不规整不可控等缺点。水热法工艺也简单，并 且可以一定程度上实现形貌可控，颗粒分布均匀，材料容量高、循环性能好， 是目前合成磷酸铁锂正极材料最有前景的方法。而其他方法操作复杂，流程冗 长，成本高。

现有的水热法制备用于锂离子电池正极材料的磷酸铁锂时，一般都要加入 表面活性剂如聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(EG)、十二环基磺酸钠(CTAB)等， 使磷酸铁锂沉淀更容易生成，并使晶粒按照一定的方向生长，提高晶粒生长的 有序性，达到控制形貌的目的，然而对于表面活性剂的用量和作用机理尚未清 晰；因此，对于形貌的控制比较困难，效果不理想。此外，现有的水热法制备 磷酸铁锂时，为了控制颗粒尺寸，大多研究者都选择加入具有强还原性的有机 物如葡萄糖、抗坏血酸、柠檬酸，在防止二价铁氧化的同时又期望达到抑制颗 粒生长的目的，但加入强还原性的有机物影响反应体系的pH值，pH值过低或 过高都会导致反应体系产生大量副产物，影响磷酸铁锂的质量；有研究显示， 在强酸或强碱性条件下甚至无法生成磷酸铁锂。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的改进的水热法制备磷酸铁锂的方法。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种利用水热法制备磷酸铁锂的方法，包括在反应体系溶液 中仅加入锂源、铁源、磷源和天然的中性水溶性高分子，反应体系溶液在反应 釜中反应完成后，过滤获得LiFePO₄产物。

需要说明的是，本申请的方法与传统的水热法相比，反应体系溶液中仅加 入了锂源、铁源、磷源和天然的中性水溶性高分子，没有添加任何表面活性剂 或强还原性有机物。天然的中性水溶性高分子的添加，第一，不会对反应体系 溶液的pH值造成影响，避免了pH值对磷酸铁锂生产质量的影响；第二，在高 温下部分高分子裂解为具有还原性的物质，确保反应体系溶液在高温下也具有 还原性，能防止Fe²⁺氧化形成Fe³⁺；同时，在反应过程中，水溶性高分子的加入 起到成核剂和抑制颗粒长大的作用，利于制备形貌均一、颗粒尺寸分布均匀的 LiFePO₄产物；能够很好的替代传统水热法中的表面活性剂和强还原性有机物。

还需要说明的是，本申请的关键在于在反应体系溶液中采用天然的中性水 溶性高分子替换传统水热法中的表面活性剂和强还原性有机物，其它的，包括 反应体系溶液的配制、反应釜反应条件的控制都可以参考传统的水热法进行； 同样的锂源、铁源、磷源等也都可以采用常规的试剂。但是，为了制备出效果 更好的磷酸铁锂材料，本申请在以下的优化方案中，对锂源、铁源、磷源、反 应体系溶液的配制、反应釜反应条件等进行了特别限定。

优选的，水溶性高分子为可溶性淀粉。

优选的，锂源为LiOH·H₂O、Li₂SO₄、Li(HCOO)·H₂O中的至少一种。