[发明专利]锂离子电池正极材料α-LiFeO2纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料α-LiFeO₂纳米粉体的的高效、节能环保的制备方法。

背景技术

铁酸锂(LiFeO₂)是一种新型锂电池正极材料，具有原料来源广、价格低、环保等优点，LiFeO₂同属于LiMO₂(M＝Fe，Co，Ni，Mn)系列岩盐结构的层状过渡金属氧化物，具有较高的初始理论比容量(283mAh/g)。目前，商品化的锂离子电池使用的正极材料仍然是以LiCoO₂为主。然而，钴资源稀少、昂贵、生物学安全性差，不适合大规模的应用；LiNiO₂结构不稳定，电池的循环性能不好，热稳定性差，具有较大的安全隐患，此外LiNiO₂制备困难，不利于其商业化；LiMnO₂资源丰富、价格便宜、环境友好，具有很大的优势，但是在充放电过程中结构不稳定，会缓慢转变成尖晶石结构，而尖晶石结构在2.5～4.3V之间充放电易发生Jahn-Teller效应，导致循环性能差，可逆容量低。而LiFeO₂作为一种LiMO₂系列的正极材料，具有原料来源广、价格低、环保等优点，与LiFePO₄相比，LiFeO₂在资源、价格、环保等方面更具优势和应用价值，因此LiFeO₂是潜在的低成本锂离子电池正极材料。

目前，LiFeO₂用于锂离子电池正极材料还存在一定困难，主要是由于缺乏纳米尺寸LiFeO₂的高效制备方法。迄今文献报道合成LiFeO₂的方法均有一定缺陷，还不能满足实际应用的需要。比如，固相法和机械化学法制备的材料混合均匀性差，产品的性能稳定性不好，批次与批次之间质量的一致性较差，离子交换法涉及溶液重结晶蒸发等费能费时的步骤，距离实际应用还有相当长的距离；水热法和溶剂热法反应过程难控制，原料范围比较窄，合成粉体的颗粒度相对较大，形貌不规整，不利于电化学性能的提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种萃取剂可循环使用，制备工艺简单、经济实用且无环境污染的锂离子电池正极材料α-LiFeO₂纳米粉体的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种锂离子电池正极材料α-LiFeO₂纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)载铁有机相的制备：在容器中按体积比1-5:1加入萃取剂和稀释剂；加入萃取剂体积0.1-0.3倍的质量分数为13％的氨水，搅拌下，加入相当于萃取剂和稀释剂总体积2-3倍的铁浓度为0.05-0.1mol·L^-1的硝酸铁溶液、硫酸铁溶液或氯化铁溶液，继续搅拌萃取0.5-1小时，经分液装置分液，用蒸馏水洗涤有机相，再分液，收集有机相；

(2)水相锂水溶液的制备：将氢氧化锂或硝酸锂或醋酸锂加蒸馏水配制成锂浓度为0.1-5mol·L^-1的锂水溶液；

(3)水热反萃：按Li/Fe摩尔比为20～50的比例，将载铁有机相和水相锂水溶液放入反应器中，混合均匀，密封，在200-300℃条件下反应0.5-10小时；自然冷却至室温，离心，沉淀用无水乙醇洗涤2～3次，干燥，得到锂离子电池正极材料α-LiFeO₂纳米粉体。

萃取剂与稀释剂的体积比优选为2:1。

萃取剂优选环烷酸或磷酸三丁酯。

稀释剂优选为C₃-C₈的醇或煤油。

0.05-0.1mol·L^-1的硝酸铁溶液、硫酸铁溶液或氯化铁溶液的配制：取0.005-0.01mol的硝酸铁、硫酸铁或氯化铁加入90mL蒸馏水，加入2mL质量分数为36％-38％的浓盐酸，搅拌均匀，再加入1mL质量分数为30％的H₂O₂，加蒸馏水至100mL。

本发明的优点：

本发明所采用的原料来源广，成本低；生产过程中的物料可循环使用，无排放，无污染，环境友好：反应结束时，分离出的有机相可直接返回萃取Fe³⁺离子，分离出的水相加入一定量LiOH·H₂O可再次使用；工艺简单、能耗低。

附图说明

图1为实施例1制备的产品的XRD图谱。