[發明專利]一種摻雜碳納米材料球形磷酸鐵及球形磷酸鐵鋰的制備方法

無效

• 申請號: 201110418138.X
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102447110A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 杜春雨;陳猛;宋柏;尹鴿平;史鵬飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及一種磷酸鐵及磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其電壓平臺高、能量密度大、無記憶效應、循環壽命長等優勢，逐漸成為鎳氫、鎳鎘、鉛酸等電池的替代品，并被廣泛應用在日常生活、工業、軍事等多種領域。

目前鋰離子電池最常用的正極材料是鈷酸鋰。但是，鈷酸鋰具有成本高、安全性差、壽命短、毒性高等多種缺點，在電動車等領域應用存在嚴重問題。因此，找到一種可替代鈷酸鋰的鋰離子電池正極材料一直是國內外研究的熱點。

磷酸鐵和磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料，因其能量密度高、安全性能好、放電平臺穩定、循環性能優異以及低成本、環境友好等優點，目前已經成為替代鈷酸鋰正極材料的理想選擇之一。但是，現有磷酸鐵和磷酸鐵鋰的正極材料存在導電性差，不適宜大電流放電。而且，磷酸鐵和磷酸鐵鋰材料的正極材料振實密度低，影響材料的體積比能量。因此現有磷酸鐵和磷酸鐵鋰的正極材料存在導電性差、振實密度低的問題。

發明內容

本發明要解決現有磷酸鐵和磷酸鐵鋰作為正極材料存在導電性差，且振實密度低的問題，而提供一種摻雜碳納米材料球形磷酸鐵及球形磷酸鐵鋰的制備方法、

一種摻雜碳納米材料球形磷酸鐵的制備方法，具體是按以下步驟完成的：一、配置原料：①采用可溶性鐵鹽溶解到去離子水中，配置成濃度為0.01mol/L～5mol/L的鐵鹽溶液，②采用可溶性磷酸鹽溶解到去離子水中，配置成濃度為0.01mol/L～5mol/L的磷酸鹽溶液，③將碳納米材料均勻分散為去離子水中，配置成濃度為0.1g/L～10g/L的碳納米復合材料懸浮液，④采用去離子水為溶劑將堿試劑配置成濃度為0.01mol/L～5mol/L的堿溶液；二、混合：首先將步驟一①制備的濃度為0.01mol/L～5mol/L的鐵鹽溶液和步驟一②制備的濃度為0.01mol/L～5mol/L的磷酸鹽溶液混合并攪拌均勻，然后加入步驟一③制備的濃度為0.1g/L～10g/L的碳納米材料懸浮液，繼續攪拌至混合均勻，最后逐滴加入步驟一④制備的濃度為0.01mol/L～5mol/L的堿溶液，將最終得到的混合溶液的pH調節至0.1～7，即得到混合物；三、水熱反應：在溫度為100℃～300℃下將步驟二制備的混合物進行密封水熱反應，反應時間為3h～25h，然后依次經過過濾和洗滌即得到深綠色摻雜碳納米材料的無定型球形磷酸鐵；四、烘干、燒結：首先將步驟三制備的深綠色摻雜碳納米材料的無定型球形磷酸鐵在溫度為60℃～90℃下真空烘干至恒重，然后在溫度為400℃～600℃、惰性氣體保護下燒結為3h～25h，即得到摻雜碳納米材料球形磷酸鐵；步驟二中所述的步驟一①制備的濃度為0.01mol/L～5mol/L的鐵鹽溶液中Fe³⁺離子與步驟一②制備的濃度為0.01mol/L～5mol/L的磷酸鹽溶液中P0₄^3-離子的摩爾比為1∶1；步驟二所述加入步驟一③制備的濃度為0.1g/L～10g/L的碳納米材料懸浮液中C原子與步驟一①制備的濃度為0.01mol/L～5mol/L的鐵鹽溶液中Fe³⁺離子的摩爾比為(0.05～5)∶1。

一種摻雜碳納米材料球形磷酸鐵鋰的制備方法，具體是按以下步驟完成的：在500℃～800℃的惰性氣體保護下將上述制備的摻雜碳納米材料球形磷酸鐵同鋰源和碳源燒結5h～25h，即得到摻雜碳納米材料球形磷酸鐵鋰；所述的摻雜碳納米材料球形磷酸鐵中FePO₄與鋰源中Li¹⁺的摩爾比為1∶(1～1.1)；所述的摻雜碳納米材料球形磷酸鐵中FePO₄與碳源中C原子的摩爾比為1∶(0.05～5)。

本發明的優點：一、采用本發明制備的摻雜碳納米材料球形磷酸鐵作為正極材料在室溫下0.1C放電容量與目前工業生產磷酸鐵作為正極材料室溫下0.1C放電容量相比提高了20mAh/g～50mAh/g；二、本發明制備的摻雜碳納米材料球形磷酸鐵的振實密度與目前工業生產磷酸鐵的振實密度相比提高了0.6g/cm³～1.3g/cm³；三、采用本發明制備的摻雜碳納米材料球形磷酸鐵鋰作為正極材料在室溫下1C與目前工業生產磷酸鐵鋰作為正極材料室溫下1C放電容量相比提高了30mAh/g～40mAh/g；四、本發明制備的摻雜碳納米材料球形磷酸鐵鋰的振實密度與目前工業生產磷酸鐵的振實密度相比提高了0.4g/cm³～0.8g/cm³。

附圖說明