[發明專利]一種LiFePO4/C的制備方法

有效

• 申請號: 200910060398.7
• 申請日: 2009-08-20
• 公開（公告）號: CN101630733A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 鐘本和;郭孝東;劉恒;唐紅
• 申請（專利權）人: 四川川大中德環保技術有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 黃幼陵

技術領域

本發明屬于LiFePO₄/C制備領域，特別涉及一種通過水熱法制備LiFePO₄，進而摻碳制備LiFePO₄/C的方法。

背景技術

電池作為一種將化學能直接轉變為電能的裝置，在國民經濟和國防工業中的地位十分重要。特別是近年電子、信息產業和交通清潔能源迅猛發展，對高容量二次電池提出了更高要求。鋰離子電池與鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等其它可充電池相比具有工作電壓高、比容量大、自放電率小、循環壽命長、無記憶效應、無環境污染等特點，是21世紀發展的理想綠色化學能源。電極材料是鋰離子電池的核心技術之一，自從1997年Padhi報道了正交晶系橄欖石晶型的LiFePO₄的電化學性能以來，引起了科研人員的廣泛關注，LiFePO₄具有原料來源豐富、高容量、低成本、對環境友好、熱穩定性和循環穩定性好等特點，是最有希望成為新一代二次鋰離子動力電池正極材料的物質。

目前，工業化生產LiFePO₄的方法最主要是高溫固相法，此種方法雖然技術較為成熟，但存在產品各批次的穩定性難以控制，且能耗較大，對原料純度要求高，成本高等問題。近年來，用濕化學方法制備LiFePO₄的報道越來越多，其中水熱法作為制備磷酸亞鐵鋰的方法倍受關注。公開號為CN101117216、CN101121509等均采用了水熱法制備磷酸亞鐵鋰，主要以氫氧化鋰、硫酸亞鐵、磷酸作為原料，這些方法存在的共同問題是：(1)使用了過量較多且昂貴的含鋰原料(Li∶Fe∶P摩爾比為3.0～3.15∶1∶1.0～1.15)，需要增加后續回收鋰的工序，使工業生產成本上升。(2)增加了形成氫氧化鐵和三價鐵的可能性，導致產物磷酸亞鐵鋰中三價鐵含量升高，對材料的電化學性能帶來危害。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種改進的LiFePO₄/C的制備方法，此種方法不僅能減少鋰的用量，降低生產成本，而且能有效防止產物中三價鐵的形成。

本發明所述LiFePO₄/C的制備方法，工藝步驟如下：

(1)水熱法合成LiFePO₄

原料物質包括鋰、鐵、磷及抗氧化劑、沉淀劑，鋰、鐵、磷的摩爾比為鋰∶鐵∶磷＝0.9～1.2∶1∶1，沉淀劑與鋰的摩爾比為沉淀劑∶鋰＝0.5～2.5∶1，抗氧化劑與鐵的摩爾比為抗氧化劑∶鐵＝1∶15～50，按鋰、鐵、磷的上述配比計算鋰源、鐵源和磷源；

首先分別將鐵源和抗氧化劑、鋰源、磷源加去離子水配制成鐵源-抗氧化劑溶液、鋰源溶液和磷源溶液(去離子水的加入量無嚴格要求，只要能使鐵源、鋰源、磷源溶解形成溶液即可)，然后在攪拌下于室溫(室內自然溫度)、常壓將磷源溶液加入鋰源溶液中，與此同時，向鋰源溶液中加入沉淀劑，再在攪拌下將鐵源-抗氧化劑溶液加入含沉淀劑的鋰源溶液和磷源溶液的混合液中形成含鋰、鐵、磷的混合液；

將所述含鋰、鐵、磷的混合液常壓攪拌加熱至50℃～80℃并加去離子水稀釋至高壓釜容積的50％～80％，然后加入晶體誘導劑，或將所述含鋰、鐵、磷的混合液常壓攪拌加熱至50℃～80℃并加入晶體誘導劑，然后加去離子水稀釋至高壓釜容積的50％～80％，晶體誘導劑的加入量以稀釋了的含鋰、鐵、磷混合液為基準計量，每升稀釋了的含鋰、鐵、磷混合液加晶體誘導劑0.1g～1g，繼后將稀釋并加入晶體誘導劑的含鋰、鐵、磷混合液轉移至高壓釜中并密封高壓釜，在攪拌下于160～210℃恒溫反應2～30小時；

反應結束后，自然冷卻高壓釜至室溫，打開高壓釜并將反應得到的沉淀過濾，將濾餅用去離子水洗至無雜質離子檢出時放入真空干燥箱內干燥，獲粉末狀LiFePO₄；

所述抗氧化劑為抗壞血酸、十六烷基三甲基溴化銨、葡萄糖中的一種，

所述沉淀劑為尿素、六次甲基四胺、甲酰胺中的一種，

所述晶體誘導劑為納米級LiFePO₄；

(2)摻碳與煅燒