[發明專利]交替微波快速制備磷酸鐵鋰的方法

無效

• 申請號: 200910039552.2
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101555004A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 沈培康;鄒紅麗
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H05B6/64
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及化學電源技術領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為最新一代二次電池，自1990年問世以來發展十分迅速，與常用的鉛酸蓄電池、鎘鎳電池，氫鎳等二次電池相比，鋰離子電池具有電池電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應、無污染及自放電小等優點。同時，鋰離子電池由鋰電池發展而來，它不僅保持了鋰電池高比能量密度、高電壓、輕質量、寬使用溫度范圍(-37～60℃)等優點，而且克服了鋰電池安全性能差、循環壽命短等缺點，是一種非常有前途的二次電池。鋰離子電池的電化學性能主要取決于所用的電極材料及電解液，尤其是所選電極材料的質量和價格與電池的性能和價格密切相關。因此，廉價高性能正負極材料的開發一直是鋰離子電池研究的重點。1997年Goodenough小組首次報道了一種新型的鋰離子正極材料(美國專利US?6,514,640，J.Electrochem.Soc.144(1997)1188)，即橄欖石結構的磷酸鐵鋰(LiFePO₄)。它以較高的理論比容量(170mAh/g)和適中的電壓平臺(3.4V)，優良的循環性能和熱穩定性，良好的安全性能等優點引起人們的廣泛關注，有望成為動力鋰離子電池的理想正極材料。但是，在傳統的高溫固相LiFePO₄正極材料的合成方法中存在如下問題：(1)Fe²⁺易被氧化為Fe³⁺；(2)高溫合成過程中顆粒生長不易控制；(3)電導率低，從而導致LiFePO₄的高倍率充放電性能較差。這些問題也成了國內外研究的重點。近幾年在克服這些困難方面取得了許多重大突破。并產生了許多新工藝，制備出高倍率性能優良的粉體，概括包括：(1)采用惰性、還原性氣氛或原位生成還原性氣氛來抑制Fe²⁺的氧化；常規的制備方法均采用Fe²⁺化合物作鐵源，其價格較Fe³⁺化合物高，制備過程需多次熱處理和研磨，工藝復雜，從而使成本增加。近年來，研究者們用以Fe³⁺原料，采用碳熱還原法成功制備了純度高、電化學性能優的正極材料。(2)合成粒徑分布均勻、具有高比表面積的材料以提高活性材料的利用率。目前在制備中減小粒徑的方法主要有控制燒結溫度、原位引入成核促進劑及采用均相前驅體合成等方法。(3)通過添加導電劑或摻雜等方式來提高電導率。LiFePO₄導電能力的改善目前主要有加入導電添加劑提高表面電導率以及摻雜金屬離子進入晶格以提高其本體電導率兩種方式。

近年來，采用微波技術合成LiFePO₄有較多文獻報道，該方法的特點是將被合成的材料與微波場相互作用，微波被材料吸收并轉變成熱能，從材料的內部開始對其整體進行加熱，實現快速升溫，大大縮短了合成時間。通過調節功率等參數，可控制粉末的物相結構，也較易實現工業化生產。中國專利CN1775666A，CN101172597A，CN1986396A，CN1821064A，CN1911792A，CN101279725A都公開了利用微波加熱制備LiFePO₄的方法。但是，連續微波加熱方法的明顯缺點是溫度不能控制，加熱速度太快造成固相反應的均勻度降低，顆粒容易長大。已有實驗結果表明，因微波加熱時間過長，溫度的升高將產生Fe₂O₃、Li₃Fe₂(PO4)₃等雜質，而得不到純凈相的LiFePO₄。為了合成出單一相的LiFePO₄，控制好微波加熱溫度和時間是非常重要的。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種交替微波快速制備磷酸鐵鋰的方法，該方法可以在無惰性保護氣氛下采用廉價的三價鐵鹽，快速合成磷酸鐵鋰。本發明通過如下技術方案實現：

交替微波快速制備磷酸鐵鋰的方法，包括如下步驟：

(1)在含有鐵鹽、鋰鹽、磷酸鹽和導電碳源的混合配料中添加溶劑，攪拌均勻后進行球磨；

(2)步驟(1)中球磨后的漿料經干燥后裝入坩堝，再將坩堝放入微波爐中以交替加熱方式合成磷酸鐵鋰。

上述交替微波快速制備磷酸鐵鋰的方法中，步驟(2)所述交替加熱方式具體為加熱5～50秒，停5～200秒，重復加熱若干次。