本發明專利技術提供了一種磷酸鐵鋰納米材料的制備方法，包括：（1）制備磷酸亞鐵晶種；（2）鋰源化合物、磷源化合物與有機溶劑混合，于室溫下快速攪拌30min，使其完全溶解，加二價鐵源化合物水溶液，之后抽真空充氮氣，磁力攪拌10min，向溶液中加入（1）中合成的晶種并攪拌；（3）將（2）中得到的溶液轉移至高壓釜中，之后在氮氣，密閉、160-180℃下反應12h，反應結束后自然冷卻至室溫；（4）將反應得到的產物進行離心、洗滌，真空干燥，即得到最終產物。該方法可通過加入磷酸亞鐵晶種來合成不同尺寸的磷酸鐵鋰納米顆粒，操作簡單方便，制備時間短，溫度要求低、能耗低、可大量生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鋰電池正極材料磷酸鐵鋰納米材料的制備領域，特別涉及。
技術介紹
自從Goodenough等發現磷酸鐵鋰材料能可逆地嵌入和脫嵌鋰離子PadhiA K，etc， Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeablelithiumbatteries，Journal of theElectrochemical Society， 1997，144(4):1188-1194]， 可充當鋰離子電池正極材料以來，磷酸鐵鋰正極材料引起了眾多的關注。與傳統的鋰離子二次電源正極材料鈷酸鋰LiCoO2、鎳酸鋰LiNiO2、錳酸鋰LiMn2O4相比，橄欖石結構的磷酸鐵鋰(LiFePO4)正極材料具有相對高的比容量(170mAh/g)、穩定的工作電壓(3.5V)和較好的循環壽命，并且其原料豐富、價格低廉、熱穩定性和化學穩定性好、對環境友好，是極具發展前景的綠色環保能源Sy I vain F, etc, Comparisonbetweendifferent LiFeP04synthesis routes and their influence on its physico-chemicalproperties,Journal of Power Sources,2003，119-121:252-257;Andersson AS, etc, The source of first-cyclecapacity loss in LiFePO4, Journal of PowerSources, 2001, 97-98:498-502.。由于純的磷酸鐵鋰自身極低的電子電導率(室溫下為10_9 lO^S/cm)和鋰離子擴散系數(1CT14 lCT16m2/s)Yamada A, etc, Olivine-type cathodes Achievement s andproblems, Journal ofPower Sources, 2003，119-121:232-238.，使其只有在低倍率充放電條件下才有很好的電化學性能，這些嚴重阻礙了 LiFePO4正極材料的發展。針對這些問題國內外學者進行了大量的研究，結果表明主要有3種方法王冠，鋰離子電池正極材料LiFePO4 制備及其性能研究，上海:復旦大學，2006:14-17 ；Doeff M M, etc, Optimizationof carbon coatings on LiFePO4, Journal ofPower Sources, 2006, 163:180-184.]可以對純磷酸鐵鋰材料進行改性(I)在金屬表面包覆一層電子電導率高的材料，如炭黑或金屬粉末，形成LiFeP04/C或者LiFeP04/M的復合材料；(2)在LiFePO4的鋰位或鐵位摻雜金屬離子，提高材料的本征電導率；(3)合成粒徑、形貌均一的納米尺寸顆粒，改善鋰離子的擴散速度。其中只有合成納米顆粒才不損失理論比容量，并且有助于削弱極化，減小電阻，改善大電流放電能力，同時可以提高磷酸鐵鋰自身的電子電導率和鋰離子擴散系數，這些性能的改善都可以有效的提升電池的電化學性能，所以納米磷酸鐵鋰正極材料的合成和制備引起了研究人員廣泛的興趣。Lee等人采用傳統的溶膠-凝膠法，制備出了粒徑為50 IOOnm的純LiFePO4E極材料，具有優良的電化學性能Lee SB, etc, Synthesis of LiFePO4 material with improved cycling performance underharsh conditions, Electrochemistry Communications, 2008, 10:1219-1221.。張俊喜等人用一種共沉淀法制備出了晶粒尺寸為20 70nm的純凈LiFePO4正極材料，同樣具有很好的性能張俊喜，等，一種合成LiFePO4的新方法，材料研究學報，2008，22 (4) : 439-443。合成不同尺寸的磷酸鐵鋰納米材料有助于研究其性能與顆粒尺寸間的關系，可以推動磷酸鐵鋰納米材料的進一步發展。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供，該方法可通過加入磷酸亞鐵晶種的方法來控制得到的磷酸鐵鋰納米顆粒大小，具有操作簡單方便、制備時間短、溫度要求低、能耗低、可大量生產等優點；制備的尺寸可控的磷酸鐵鋰納米材料為進一步研究其性能與尺寸關系等奠定了基礎。本專利技術的，包括(I)制備磷酸亞鐵晶種常溫常壓下將摩爾比為I:廣3:1的鋰源化合物和磷源化合物與有機溶劑進行混合，磷源化合物與有機溶劑的摩爾比為0. 058:1，將混合液于室溫下攪拌Ih使其中的反應物完全溶解，將上述混合液與2mol/L的二價鐵源化合物水溶液以·19:1的體積比混合，之后在氮氣、室溫下攪拌20min，在氮氣、密閉、180°C下反應30min后水浴降溫至室溫；(2)將摩爾比為I: f 3:1的鋰源化合物和磷源化合物與有機溶劑在三口燒瓶中進行混合，磷源化合物與有機溶劑的摩爾比為0. 058:1，將混合液于室溫下攪拌30min，使反應物完全溶解，向上述混合液中加入f2mol/L的二價鐵源化合物水溶液，二價鐵源化合物與加入的磷源化合物摩爾比為1:1，隨后抽真空通氮氣，在室溫下攪拌lOmin，之后向溶液中加入步驟(I)中所合成的晶種并攪拌5min ；(3)步驟(2)得到的液體轉移至高壓釜中，在氮氣、密閉、160_180°C下反應12h，反應結束后自然冷卻至室溫；(4)將反應得到的產物進行洗滌、離心，真空干燥，即得到最終產物LiFeP04。所述步驟(I)和(2)中的有機溶劑為乙二醇。所述步驟(I)中的二價鐵源化合物為硫酸亞鐵；所述步驟(2)中的二價鐵源化合物為硫酸亞鐵或氯化亞鐵。所述步驟(I)和(2)中的鋰源化合物為氫氧化鋰。所述步驟(I)和(2)中的磷源化合物為質量分數為85%的濃磷酸。所述步驟(I)和(2)中的攪拌速率為300rpm。所述步驟(2)中所加入的磷酸亞鐵晶種的量占反應物摩爾總量的0°/Γ 0%。所述步驟(4)中的洗滌過程是先用去離子水洗滌3遍，再用無水乙醇洗滌3遍。本專利技術首先利用溶劑熱法合成磷酸亞鐵晶種，然后在磷酸鐵鋰納米材料合成的前驅物中加入晶種來控制所合成的納米材料尺寸，本方法操作簡單方便、制備時間短、溫度要求低、能耗低、可大量生產，為磷酸鐵鋰納米材料的進一步研究奠定了良好的基礎。有益效果本專利技術的方法利用加入磷酸亞鐵晶種來控制所合成的磷酸鐵鋰納米材料的尺寸大小，操作簡單方便，所得到的產品具有優良的晶體結構與良好的尺寸與形態分布，這種均相、結晶度高、粒徑均勻、粒徑可控、比表面高的磷酸鐵鋰納米材料具有良好的電化學性能，而且本方法制備時間短、溫度要求低、能耗低，易于大量生產，因而對于磷酸鐵鋰的進一步研究和應用具有很好的推動作用。附圖說明圖I是本專利技術的工藝流程；圖2是實施例1、2、3中步驟(I)所得到的產物的X射線衍射圖譜；圖3是實施例I、2、3中步驟(I)所得到的產物的透射電鏡圖片；圖4是實施例I所得最終產物的X射線衍射圖譜；圖5是實施例I所得最終產物的透射電鏡圖；圖6是實施例2所得最終產物的透射電鏡圖。圖7是實本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種磷酸鐵鋰納米材料的制備方法，包括：（1）制備磷酸亞鐵晶種：常溫常壓下將摩爾比為1:1~3:1的鋰源化合物和磷源化合物與有機溶劑進行混合，磷源化合物與有機溶劑的摩爾比為：0.058:1，將混合液于室溫下攪拌1h使其中的反應物完全溶解。將上述混合液與2mol/L的二價鐵源化合物水溶液以19:1的體積比混合，之后在氮氣、室溫下攪拌20min，在氮氣、密閉、180℃下反應30min后水浴降溫至室溫；（2）將摩爾比為1:1~3:1的鋰源化合物和磷源化合物與有機溶劑在三口燒瓶中進行混合，磷源化合物與有機溶劑的摩爾比為：0.058:1，將混合液于室溫下攪拌30min，使反應物完全溶解，向上述混合液中加入1~2mol/L的二價鐵源化合物水溶液，二價鐵源化合物與加入的磷源化合物摩爾比為1:1，隨后抽真空通氮氣，在室溫下攪拌10min，之后向溶液中加入步驟（1）中所合成的晶種并攪拌5min；（3）步驟（2）得到的液體轉移至高壓釜中，在氮氣、密閉、160？180℃下反應12h，反應結束后自然冷卻至室溫；（4）將反應得到的產物進行洗滌、離心，真空干燥，即得到最終產物LiFePO4。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：周興平，劉洋，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：
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