一种合成锂离子电池正极材料ＬｉＦｅＰＯ４的方法技术

本发明专利技术提供一种合成锂离子电池正极材料ＬｉＦｅＰＯ４的方法，包括以下步骤：１）将Ｌｉ＋、Ｆｅ２＋、ＰＯ４３－的可溶化合物分别溶于去离子水中；２）在Ｆｅ２＋溶液中加入柠檬酸作为金属离子螯合剂；３）将上述三种溶液混合均匀，调节ｐＨ值为６－８，将所得混合液体水浴加热至形成溶胶，将溶胶进行真空干燥，干燥产物在保护气氛下烧结即得到纳米级ＬｉＦｅＰＯ４。与现有技术相比，本发明专利技术采用溶胶凝胶法制备一次粒子直径在３０ｎｍ以下并且粒度分布集中的ＬｉＦｅＰＯ４材料，原材料及产物无需进行球磨工序的处理避免了杂质的引入，纳米量级的粒子直径有效缩短了离子传输路径提高了锂离子传输效率和电子的传导率，利于大功率充放电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源材料制备工艺领域，涉及一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4 的方法。
技术介绍
1997年A. K. Padhi首次报导磷酸亚铁锂(LiFePO4)具有脱嵌锂功能，因其具有高 的能量密度、低廉的价格、优异的安全性的特点，被业内认为最有可能成为EV电池用正极 材料。在其具有卓越优点的同时，作为EV电池用正极材料还存在其致命的缺点电子电导 率低在10_9S/Cm量级；离子传输率低在lO—ns/cm量级。如此低的电子/离子传输率使其充 放电速率提高的严重障碍，限制了其在EV、HEV上的运用。当前解决LiFePO4电子/离子传输率低的问题主要通过减小LiFePO4粒径实 现纳米化并且在粒子表面进行包覆碳。C. Delacourt在Size Effects on Carbon-Free LiFeP04Powders The Key to SuperiorEnergy Density (Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (7) A352-A355)论述了 粒径对离子传输率的影响；Miran Gaberscek 在 Is small particle size more important than carbon coating ？ An examplestudy on LiFePO4 cathodes(Electrochemistry Communications 9(2007)2778-2783)中论述了粒径对电子传输效率的影响。这些研究得出的结论是减小磷 酸铁锂材料本身的粒径可有效提高材料的电子和离子传输效率，通过粒径的纳米化可有效 解决困扰磷酸铁锂材料在大功率电池中应用的难题，因此开发一种能够得到纳米化磷酸铁 锂材料的方法成为实现技术突破的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4的方法，通过该方 法能够制备出纳米化磷酸铁锂材料。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4的方法，包括以下步骤1)将摩尔比为 (1-1.3) 1 1的Li+、Fe2+、P043-的可溶化合物分别溶于去离子水中得到均相溶液；2)在 Fe2+的可溶化合物溶液中加入柠檬酸作为金属离子螯合剂；3)将上述Li+的可溶化合物溶 液、加入柠檬酸的Fe2+的可溶化合物溶液和PO43-的可溶化合物溶液进行混合均勻，调节混 合液体Ph值在6-8范围内，将所得混合液体置于水浴锅中加热至形成溶胶，将溶胶移入真 空干燥箱中进行干燥，干燥产物在保护气氛下烧结即得到纳米级LiFeP04。所述Li+ 的可溶化合物为 LiOH · H2O, LiN03、Li2SO4 · H2O, LiC2H3O2 · 2H20、Li2C2O4, 卤化锂中一种。所述Fe2+ 的可溶化合物为 FeSO4 · 7H20、FeCl2、Fe (NH4) 2 (SO4) 2 中的一种。所述P043_的可溶化合物为H3P04、Fe3 (PO4) 2中的一种。调节混合液体Ph值选用氨水或碳酸铵。所述金属离子螯合剂柠檬酸的物质的量为Fe2+和Li+物质的量总和的2-5倍。所述混合液体在水浴锅中的加热温度为85°C -100°C。所述溶胶在真空干燥箱中的干燥温度为100°C -150°C。所述干燥产物的烧结温度为550°C _750°C，烧结时间大于2小时。所述保护气氛为氮气、氩气或者体积比为9比1的氮气和氢气的混合气体。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术一种合成锂离子电池正极材 料LiFePO4的方法采用溶胶凝胶法制备一次粒子直径在30nm以下并且粒度分布集中的 LiFePO4材料，原材料及产物无需进行球磨工序的处理避免了杂质的引入，纳米量级的粒 子直径有效缩短了离子传输路径提高了锂离子传输效率和电子的传导率，利于大功率充放 H1^ ο附图说明图1是以实施例1所得样品为例所得X射线衍射(XRD)图像。图2是以实施例1所得样品为例所得扫描电镜(SEM)图像。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术做详细描述，下述实施例仅用于说明本专利技术，但并 不用于限定本专利技术的实施范围。实施例1 以 FeSO4 · 7H20、LiOH · H2O, H3PO4 为原料，其中 Li Fe P- = 1. 3 1 1 (物 质的量之比)。将上述试剂分别溶于去离子水中得到透明均相溶液；FeSO4 · 7H20溶液中加 入Fe2+和Li+物质的量总和的3倍的柠檬酸作为金属离子螯合剂；然后将上述FeSO4 · 7H20 溶液、LiOH · H2O溶液和H3PO4溶液混合均勻，调节该混合液体Ph至7后对该混合液体进行 100°C水浴加热至形成溶胶，将所得溶胶移入真空干燥箱中在120°C条件下进行真空干燥， 干燥产物在N2/H2 = 9 1(体积比)气氛中550°C烧结8小时，冷却取出即得到一次粒子 直径在30nm以下并且粒度分布集中的LiFePO4材料。请参阅图1所示，通过本工艺方法制备的样品XRD图像与磷酸铁锂标准卡片一致， 为纯相磷酸铁锂；请参阅图2所示，本工艺方法所得样品的扫描电镜(SEM)图片，从图中可 以看出本方法所得样品一次粒子为近球形，粒径小于30nm且粒度分布集中。实施例2 以Fe (NH4)2 (SO4) 2、LiOH ·Η20、Η3Ρ04 为原料，其中 Li Fe P = 1. 1 1 1(物 质的量之比)。将上述试剂分别溶于去离子水中得到透明均相溶液，Fe (NH4)2 (SO4)2溶液中 加入Fe2+和Li+物质的量总和的2倍的柠檬酸作为金属离子螯合剂，将上述Fe (NH4) 2 (SO4) 2 溶液、LiOH · H2O溶液和H3PO4溶液混合均勻后，调解Ph至6后对上述混合液体进行90°C水 浴加热至形成溶胶，向所得溶胶移入真空干燥箱中进行在100°C条件下进行真空干燥，干燥 产物在N2气氛中550°C烧结5小时，冷却取出即得到一次粒子直径在30nm以下并且粒度分 布集中的LiFePO4材料。实施例3 以 FeCl2、LiC2H3O2 WH2CKFe3(PO4)2 为原料，其中 Li Fe P = 1 1 1 (物质的量之比)。将上述试剂分别溶于去离子水中得到透明均相溶液，FeCl2溶液中加入Fe2+和 Li+物质的量总和的5倍的柠檬酸作为金属离子螯合剂，将上述FeCl2溶液、LiC2H3O2 · 2H20 溶液和Fe3(PO4)2溶液混合均勻后，调解Ph至6后对上述混合液体进行90°C水浴加热至形 成溶胶，向所得溶胶移入真空干燥箱中进行在150°C条件下进行真空干燥，干燥产物在N2/ H2(体积比)气氛中750°C烧结3小时，冷却取出即得到一次粒子直径在30nm以下并且粒 度分布集中的LiFePO4材料。实施例4 以FeSO4 WH2CKLi2C2CVH3PO4 为原料，其中 Li Fe P = 1 1 1(物质的量之 比)。将上述试剂分别溶于去离子水中得到透明均相溶液，FeSO4 · 7H20溶液中加入Fe2+和 Li+物质的量总和的2倍的柠檬酸作为金属离子螯合剂，将上述FeSO4 ·7Η20溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成锂离子电池正极材料ＬｉＦｅＰＯ↓［４］的方法，其特征在于，包括以下步骤：　　１）将摩尔比为（１－１．３）∶１∶１的Ｌｉ↑［＋］、Ｆｅ↑［２＋］、ＰＯ↓［４］↑［３－］的可溶化合物分别溶于去离子水中得到均相溶液；　　２）在Ｆｅ↑［２＋］的可溶化合物溶液中加入柠檬酸作为金属离子螯合剂；　　３）将上述Ｌｉ↑［＋］的可溶化合物溶液、加入柠檬酸的Ｆｅ↑［２＋］的可溶化合物溶液和ＰＯ↓［４］↑［３－］的可溶化合物溶液进行混合均匀，调节混合液体Ｐｈ值在６－８范围内，将所得混合液体置于水浴锅中加热至形成溶胶，将溶胶移入真空干燥箱中进行干燥，干燥产物在保护气氛下烧结即得到纳米级ＬｉＦｅＰＯ↓［４］。

【技术特征摘要】
一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4的方法，其特征在于，包括以下步骤1)将摩尔比为(1 1.3)∶1∶1的Li+、Fe2+、PO43 的可溶化合物分别溶于去离子水中得到均相溶液；2)在Fe2+的可溶化合物溶液中加入柠檬酸作为金属离子螯合剂；3)将上述Li+的可溶化合物溶液、加入柠檬酸的Fe2+的可溶化合物溶液和PO43 的可溶化合物溶液进行混合均匀，调节混合液体Ph值在6 8范围内，将所得混合液体置于水浴锅中加热至形成溶胶，将溶胶移入真空干燥箱中进行干燥，干燥产物在保护气氛下烧结即得到纳米级LiFePO4。2.如权利要求1所述一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4的方法，其特征在于所述 Li+ 的可溶化合物为 LiOH · H2O, LiNO3、Li2SO4 · H2O, LiC2H3O2 · 2H20、Li2C2O4、卤化锂中一种。3.如权利要求1所述一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4的方法，其特征在于所述 Fe2+ 的可溶化合物为 FeSO4 · 7H20、FeCl2、Fe (NH4)2 (SO4)2 中的一种。4.如权利要求1所述一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金鑫，
申请(专利权)人：彩虹集团公司，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]