本發明專利技術為一種自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰的制備方法，該方法通過回流法在LiOH溶液中實現糖的預碳化，并以此產物作為Li源和結構導向劑，實現磷酸鐵鋰的合成及自組裝的控制，得到的產物是由約為平均粒徑50納米的磷酸鐵鋰納米顆粒自組裝而成的長軸為0.6~0.7微米，短軸為0.18~0.23微米的納米結構紡錘體。本方法制得的自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰，克服了已有自組裝納米結構磷酸鐵鋰制備成本高、設備要求高等特點，保證了鋰離子的傳輸距離短，可以有效提高正極材料的利用率與充放電性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術的技術方案涉及鋰離子電池正極材料，是以含鋰的糖預碳化產物為鋰源和結構導向劑制得。
技術介紹
磷酸鐵鋰(LiFePO4)是一種稍微扭曲的六方密堆積結構，在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，具有橄欖石結構，屬于正交晶系Pnmb空間群。在LiFePO4晶體中氧原子呈微變形的六方密堆積，磷原子占據的是四面體空隙，鋰原子和鐵原子占據的是八面體空隙。八面體結構的FeO6在晶體的be面上相互連接，在b軸方向上八面體結構的LiO6相互連接成鏈狀結構。I個FeO6與2個LiO6共邊；1個PO4和FeO6共用一條邊，與LiO6共用兩條邊。每個晶胞中有4個LiFePO4單元,其晶胞參數分別為a=6.008A,b=0.334 A和c=4.693A。強的P-O共價鍵形成離域的三維立體化學鍵，使LiFePO4具有很強的熱力學和動力學穩定性，其 密度也較大(3. 6g/cm3)。自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰是由納米磷酸鐵鋰顆粒作為結構單元在空間上組裝而成，它既有納米級磷酸鐵鋰所具有的特點高的比表面積，使反應界面可以提供更多的擴散通道；微小的顆粒使鋰離子嵌入深度淺，擴散路徑短；納米化后的電極材料一定程度上抑制了一些不可逆相變的發生。同時，自組裝納米結構磷酸鐵鋰的微孔多，方便電解質的滲入，有利于電極反應的進行，獲得高的比容量。以前的研究多關注磷酸鐵鋰納米粒子形貌的控制，自組裝納米結構磷酸鐵鋰的研究方興未艾，其合成方法多集中于溶劑熱和水熱法，如Yang等以聚乙烯為表面活性劑，苯甲醇為溶劑，通過溶劑熱法制備了由納米片自組裝而成的啞鈴形磷酸鐵鋰(Hui Yang, Xinglong Wuj Minhua Caoj Yuguo Guo. Solvothermal synthesis of LiFePO4hierarchically dumbbell-like microstructures by nanoplate self-assembly andtheir application as a cathode material in lithium-ion batteries. J. Phys.Chem. C. 2009，113(8) :3345-3351)。Rangappa等以草酸亞鐵，磷酸二氫銨，氫氧化鋰為原料，抗壞血酸為添加劑，乙二醇為溶劑，己烷為共溶劑，油酸為表面活性劑通過溶劑熱法，合成了花狀顯微結構的磷酸鐵鋰(Dinesh Rangappaj Koji Sonej TetsuichiKudo,Itaru Honma. Directed growth of nanoarchitectured LiFePO4 electrodeby solvothermal synthesis and their cathode properties. Journal of PowerSources, 2010，195:6167-6171)。Liu等以SDS為超分子模板在乙醇-水體系合成了層狀自組裝納米結構憐酸鐵鋰(Chao Liuj Dongxia Maj Xiujie Ji，Shanshan Zhao, SongLi. Surfactant assisted synthesis of lamellar nanostructured LiFePO4 at 388K.Applied Surface Science，2011，257:4529-4531;國家專利技術專利 ZL 201010250100.1)。Wang等以乙醇為溶劑，自制的納米片狀矩形磷酸鐵銨為前驅體，通過溶劑熱法合成了由納米片狀矩形自組裝而成的花形磷酸鐵鋰(Qiang Wang, Weixin Zhang, ZehengYang, Shaoying Wengj Zhuojie Jin. Solvothermal synthesis of hierarchical LiFePO4microflowers as cathode materials for lithium ion batteries. Journal of PowerSources. 2011，196:10176-10182)。Qian等以乙酸鋰，硝酸鐵，磷酸二氫銨為原料，檸檬酸為添加劑，通過水熱法制得由IOOnm的顆粒組合而成的3μπι的球形磷酸鐵鋰。其高倍率充放電性能和循環穩定性滿足大功率鋰離子電源設備的需求(Jiangfeng Qian, MinZhou,Yuliang Caoj Xinping Aij and Hanxi Yang. Template-free hydrothermalsynthesis of nanoembossed mesoporous LiFePO4 microspheres for high-performanceLithium-ion batteries. J. Phys. Chem. C 2010，114:3477-3482)。Xia 等以硫酸亞鐵、憐酸和氫氧化鋰為原料，抗壞血酸為添加劑，通過水熱法制得自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰。作為電極材料，其表現出良好的電化學特性，0. IC首次放電比容量可達到163mA · h/g，5C放電比容量仍可達到IllmA · h/g，且循環性能穩定。(Yang Xiaj Wenkui Zhang, HuiHuang, Yongping GanjJian TianjXinyong Tao. Self-assembled mesoporous LiFePO4with hierarchical spindle-like architectures for high-performance lithium-ionbatteries. Journal of Power Sources, 2011, 196(13) : 5651-5658)但溶劑熱、水熱等方法需要高壓設備，其工業化對設備要求高，且添加劑較昂貴
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是一，提出一種制備；二，通過回流法在LiOH溶液中實現糖的預碳化，并以此產物作為Li源和結構導向劑，實現磷酸鐵鋰的合成及自組裝的控制。采用回流法制備自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰，克服了已有自組裝納米結構磷酸鐵鋰制備成本高、設備要求高等特點。本專利技術解決該技術問題所采用的技術方案是一種自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰，該產物是由約為平均粒徑50納米的磷酸鐵鋰納米顆粒自組裝而成的長軸為O. 6^0. 7微米，短軸為O. 18^0. 23微米的納米結構紡錘體。所述，其步驟是(I)將氫氧化鋰溶解在水中，制得O. 004、. 012摩爾氫氧化鋰/毫升水溶液，將糖溶解在上述溶液中，制得糖濃度為0. 2^1. 2克/毫升的混合溶液，取5份，再加入30份乙二醇，配制成氫氧化鋰-糖-水-乙二醇混合溶液，再將混合溶液轉移到反應器中，在氮氣氣氛下，加熱攪拌至回流溫度，常壓反應廣2小時，得到含鋰的糖預碳化產物，待用；(2)將磷源溶解在水中，制得0. 004摩爾磷/毫升水溶液，取5份，再加入1(Γ50份的乙二醇，配制成磷源-水-乙二醇混合溶液，待用；(3)將硫酸亞鐵鹽溶解在水中，制得0. 002摩爾硫酸亞鐵/毫升水溶液，取10份，待用；本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰的制備方法，其特征為包括以下步驟：（1）將氫氧化鋰溶解在水中，制得0.004~0.012？摩爾氫氧化鋰/毫升水溶液，將糖溶解在上述溶液中，制得糖濃度為0.2~1.2克/毫升的混合溶液，取5份，再加入30份乙二醇，配制成氫氧化鋰？糖？水？乙二醇混合溶液，再將混合溶液轉移到反應器中，在氮氣氣氛下，加熱攪拌至回流溫度，常壓反應1~2小時，得到含鋰的糖預碳化產物，待用；（2）將磷源溶解在水中，制得0.004摩爾磷/毫升水溶液，取5份，再加入10~50份的乙二醇，配制成磷源？水？乙二醇混合溶液，待用；（3）將硫酸亞鐵鹽溶解在水中，制得0.002？摩爾硫酸亞鐵/毫升水溶液，取10份，待用；（4）在攪拌下依次把步驟（2），（3）配制的溶液快速加入到步驟（1）的反應器中，攪拌、常壓回流反應12~24小時后，停止反應，冷卻到室溫；？（5）將上步所得產物在室溫下原液靜置0~24小時，水洗，再經抽濾，烘干，得到產物為自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰；？上述組分的份數均為體積份數，且各步驟中所用的體積單位相同。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉超，王濱，紀秀杰，張興華，唐成春，胡龍，
申請(專利權)人：河北工業大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。