[发明专利]微波法合成磷酸铁锂多孔微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料制造技术领域，具体涉及一种微波法合成磷酸铁锂多孔微球的方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高性能的可充绿色电源，由于其高能量密度和长循环寿命的优势，近年来在混合动力汽车，电动汽车以及各种便携式电子产品中的应用得到了快速的发展。在对锂离子电池的研究中，新型电极材料特别是正极材料的研制与开发极为关键。

在目前广泛研究的锂离子电池正极材料中，LiFePO₄具有高工作电压，高理论容量，价格低廉、环境友好和质量比能量高等优点，是极有潜力的一种锂离子电池正极材料。但是，低的电子传导率(ca.10^-9—10^-10S cm^-2)和低的锂离子扩散率(10^-14cm²s^-1)的缺点限制了LiFePO₄的大量应用。目前，国内外学者采用很多途径来提高LiFePO₄的电导率和离子迁移率，比如在LiFePO₄颗粒表面包覆碳或者其它导电层，掺杂等价金属，以及通过一定的合成方法使得LiFePO₄的颗粒尺寸保持在纳米尺度来缩短锂离子和电子的传输距离或者通过控制合成条件来制备多孔结构来达到提高其锂离子电池性能的目的。对于合成多孔结构的LiFePO₄，传统的方法一般需要在原料中添加模板剂或者表面活性剂，并且反应需要几个小时甚至十几个小时完成，模板的去除也使得合成过程变的繁琐。因此，开发一种反应时间短的并且无需添加模板剂或表面活性剂的合成多孔结构LiFePO₄的方法十分必要。

合成工艺是制备材料的关键，对材料的性能有着决定性的影响。合成工艺的优化包括选择适当的制备方法和优化制备过程中的控制条件。目前制备磷酸铁锂的较成熟的方法是高温固相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热法。高温固相合成法是工业生产应用最普遍的一个方法，但是该方法需要在高温下进行，设备投资大，耗能高，不环保，而且制得的磷酸铁锂粉体极易团聚，难以得到尺寸均一、形貌规则的磷酸铁锂粉体。而水热法合成磷酸铁锂虽然粉体的尺寸和形貌易于控制，物相均匀，然而反应周期较长，通常需要十几小时才能完成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种采用微波法合成磷酸铁锂多孔微球的方法，该方法无需添加模板剂和表面活性剂，绿色环保，所得产物纯度高，且反应周期短，简化了工艺控制。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：微波法合成磷酸铁锂多孔微球的方法，包括有以下步骤：

(1)称取锂源、铁源和磷源的原料；

(2)将0.005～0.015mol锂源、0.005～0.015mol铁源溶于5～20mL去离子水中，加入50～65mL醇还原剂，且去离子水和醇还原剂的体积和为70mL，并搅拌均匀；

(3)缓慢加入0.005～0.015mol磷源，并不断的搅拌均匀得到前驱液，所述锂源、铁源和磷源按化学计量比1:1:1；

(4)取部分前驱液放入微波反应釜中，加热反应；

(5)对上述反应得到的产物进行洗涤干燥得到多孔微球前驱体；

(6)将上述前驱体在还原气氛下500～800℃煅烧5～10h，得到磷酸铁锂多孔微球。

按上述方案，所述锂源选自Li₂CO₃、LiAc·2H₂O或LiOH。

按上述方案，所述铁源选自Fe(NO₃)₃·9H₂O、Fe(Ac)₃或FeCl₃。

按上述方案，所述磷源选自NH₄H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄或H₃PO₄。

按上述方案，所述醇还原剂选自乙醇、乙二醇、聚乙二醇或二乙二醇。

按上述方案，所述微波加热反应的温度范围在180～220℃之间，反应时间20～60min。

按上述方案，所述煅烧温度为600～750℃，煅烧时间为8～10h，煅烧的程序为升温速度为3℃/分钟。