[發(fā)明專利]一種微波合成磷酸亞鐵鋰電池正極材料的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610108284.1
• 申請(qǐng)日: 2006-08-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101121508A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王磊;賈殿贈(zèng);黃玉代
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B25/45
• 分類號(hào): C01B25/45;H01M4/58
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域?

本發(fā)明屬于高能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是合成鋰離子電池用的正極材料的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

離子電池具有比能量高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于手提電話、便攜式電腦、攝相機(jī)等設(shè)備中。其正極材料的研究是鋰離子電池的研究重點(diǎn)。目前市售的鋰離子電池主要采用LiCoO₂作正極材料，但Co的價(jià)格相對(duì)昂貴而且有毒，電池界一直在努力尋找替代LiCoO₂的材料。LiFePO₄價(jià)格低廉，綠色無(wú)毒，電化學(xué)性能優(yōu)良，因此世界各國(guó)都在大力進(jìn)行以LiFePO₄材料為正極材料的鋰離子電池的實(shí)用化研究。

在空氣中反應(yīng)時(shí)，二價(jià)鐵原料在高溫下易被氧化為三價(jià)鐵而無(wú)法得到目標(biāo)產(chǎn)物，所以在合成磷酸亞鐵鋰時(shí)必須在惰性氣氛或還原性氣氛下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)證明用微波合成磷酸亞鐵鋰可由高溫固相反應(yīng)的十幾小時(shí)縮短到幾分鐘，是較有應(yīng)用前景的合成方法。目前微波合成磷酸亞鐵鋰主要采取的方法有：(1)直接通入惰性氣體。(2)將活性炭、石墨等吸波含碳物質(zhì)直接與反應(yīng)物混合，或?qū)⒎磻?yīng)物壓成片置于吸波含碳物質(zhì)之間。直接通入惰性氣體，操作煩瑣，造價(jià)昂貴，且排氣孔可能會(huì)導(dǎo)致微波泄露，應(yīng)用效果不佳。采用直接碳熱還原可以得到磷酸亞鐵鋰材料，但將碳與反應(yīng)物直接接觸將不可避免地將碳摻入反應(yīng)體系中，盡管碳摻雜有利于提高磷酸亞鐵鋰材料的導(dǎo)電性，提高電化學(xué)性能，但該反應(yīng)在研究金屬摻雜或陰離子摻雜時(shí)無(wú)法排除碳的影響，并且碳的加入會(huì)降低正極材料的理論質(zhì)量比容量和體積比容量。這就限制了微波合成在該領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。目前磷酸亞鐵鋰改性研究主要采取馬弗爐高溫?zé)Y(jié)，采用微波合成的鮮見(jiàn)報(bào)道。氣封保護(hù)的微波化學(xué)反應(yīng)合成磷酸亞鐵鋰，將為用微波合成法研究磷酸亞鐵鋰改性以及該正極材料的工業(yè)化提供一種方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種簡(jiǎn)單方便、經(jīng)濟(jì)可靠的，適用于微波爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)合成磷酸亞鐵鋰LiFePO₄或改性磷酸亞鐵鋰LiFe_1-xM_xPO₄(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Ce、Mo)鋰離子電池正極材料的方法。采用氣封保護(hù)裝置提供保護(hù)氣氛，克服了目前直接加入固相還原劑合成磷酸亞鐵鋰材料時(shí)還原劑會(huì)殘留在產(chǎn)物中的缺點(diǎn)。使微波合成可與溶膠凝膠，共沉淀，水熱合成等前驅(qū)體的合成方法相結(jié)合，通過(guò)加入金屬粒子，金屬離子，含碳化合物，得到磷酸亞鐵鋰LiFePO₄或改性磷酸亞鐵鋰LiFe_1-xM_xPO₄(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Ce、Mo)鋰離子電池正極材料。

本發(fā)明所采用的微波氣封保護(hù)裝置利用吸收微波的物質(zhì)與裝置內(nèi)氣體反應(yīng)得到保護(hù)氣氛，從而防止空氣進(jìn)入反應(yīng)裝置內(nèi)部。無(wú)需向微波爐內(nèi)通入惰性氣體，無(wú)需使原料接觸固相還原劑。

附圖說(shuō)明??圖1為本發(fā)明方法合成的純相LiFePO₄的XRD圖。

具體實(shí)施方式

(1)前驅(qū)體的制備：按化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取鋰鹽、亞鐵鹽、磷酸鹽和用于摻雜的金屬鹽或碳摻雜原料，分別在研缽中磨細(xì)，然后放入一個(gè)研缽中繼續(xù)研磨1小時(shí)后待用。

(2)可提供保護(hù)氣氛的微波反應(yīng)裝置：將耐火材料挖一個(gè)的槽，放入導(dǎo)熱皿用微波吸收劑填實(shí)縫隙，并在導(dǎo)熱皿內(nèi)放入適量微波氣封劑。將前驅(qū)體放入反應(yīng)皿，將反應(yīng)皿放入導(dǎo)熱皿內(nèi)用反應(yīng)皿的配套蓋子將其蓋住，它可以蓋住反應(yīng)皿其邊緣又與導(dǎo)熱皿內(nèi)壁接觸。用微波氣封劑覆蓋反應(yīng)皿蓋，這時(shí)將氣封皿倒扣耐熱槽上，罩住導(dǎo)熱皿。氣封皿的下邊緣與微波吸收劑接觸。

(3)將上述裝置置于家用微波爐內(nèi)加熱5-30分鐘后，即制得磷酸亞鐵鋰LiFePO₄或改性磷酸亞鐵鋰LiFe_1-xM_xPO₄(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Ce、Mo)鋰離子電池正極材料。

下面用具體例子來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的應(yīng)用：

實(shí)施例一：

用微波反應(yīng)成純相磷酸亞鐵鋰