[发明专利]以青海盐湖卤水为原料一步合成α-LiFeO2纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料制备领域，具体涉及α-LiFeO₂纳米粒子的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有诸多优点，已在各种便携式电子设备中广泛应用。此外，锂离子电池也是电动车领域、航天领域的潜在能量来源。生产、生活中的广泛应用增加了对锂原料的需求量，也推动着锂离子电池研究的不断创新。研究生产成本低、可逆容量高、绿色无污染的新型锂离子电池正极材料，具有十分重要的现实意义。

α-LiFeO₂具有282mAh/g的高理论比容量，且铁元素含量丰富、来源广泛、价格便宜、环境友好、无毒无污染，是目前锂离子电池正极材料的研究热点之一。M.M.Rahman等人采用熔盐法合成的α-LiFeO₂纳米材料，在0.5C的电流下初始放电比容量达284mAh/g，表面包覆碳后的初始放电比容量达到287mAh/g，循环100圈后仍高达230mAh/g。目前，α-LiFeO₂也被应用到锂离子电池负极材料、超级电容器之中。研究改进合成α-LiFeO₂的方法，节约生产成本，意义重大。

盐湖卤水是锂元素的重要来源。在盐湖卤水中添加一定量的FeCl₃后，以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂萃取提锂，目前较为成熟的提锂方法之一。若能将盐湖卤水中萃取的锂直接用于α-LiFeO₂的制备，则可使生产成本大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种将盐湖卤水提锂技术与α-LiFeO₂的合成方法相结合，以从盐湖卤水萃取到有机相中的Fe³⁺和Li⁺为原料，通过补加适量必要原料的以盐湖卤水为原料一步合成α-LiFeO₂纳米粒子的方法。

本发明的技术方案概述如下：

以青海盐湖卤水为原料一步合成α-LiFeO₂纳米粒子的方法，包括如下步骤：

1)调节含锂的青海盐湖卤水的pH为1～2，加入FeCl₃·6H₂O使Li⁺/Fe³⁺摩尔比为0.5～1，加入青海盐湖卤水体积1～3倍的有机混合物，搅拌0.5～1h进行萃取，分离出有机相，所述有机混合物由体积比为1～4：1的磷酸三丁酯和稀释剂组成；

2)按体积比1：1～5的比例，将有机相与锂离子浓度为1～6mol/L的LiOH水溶液或锂盐水溶液或LiOH与锂盐的混合水溶液，置于高压釜中，室温下搅拌5-30min，再在搅拌条件下于150℃～250℃密封反应0.5～9h；离心，分离出沉淀，沉淀依次用乙醇、水、质量浓度为10％的铵盐水溶液或稀盐酸、水和乙醇洗涤，干燥，即获得α-LiFeO₂纳米粒子。

稀释剂优选：甲基异丁基酮或磺化煤油。

LiOH与锂盐的混合水溶液中，LiOH与锂盐的摩尔比优选1：0.1～3。

锂盐优选LiCl、CH₃COOLi、Li₂CO₃、Li₂SO₄或LiNO₃。

铵盐优选NH₄Cl、(NH₄)₂SO₄、(NH₄)₂CO₃、NH₄HCO₃或NH₄NO₃。

本发明的优点：本发明的方法操作简便，可行性强。传统上，萃取后需先将Li、Fe分离，生产出纯净的锂产品后，再应用到锂离子电池正极材料的制备之中。本发明避免了上述一系列复杂步骤，操作更加简便，节约了时间。同时，本发明以廉价的青海盐湖卤水为原料，环境友好，生产成本低，经济效益好。此外，反应结束后，将有机相过滤后用蒸馏水洗涤便可再次用于萃取过程，合成中所用的锂盐溶液经过滤后也可再次用于高压反应过程，均可反复循环使用，资源利用充分。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的产品的XRD图。

图2为本发明实施例1中制备的产品的SEM图。

图3为本发明实施例1中制备的产品的TEM图。

图4为本发明实施例2中制备的产品的SEM图。