[發明專利]鉍、鋇參雜磷酸鐵鋰納米正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110419014.3
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102683693A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 張健;張新球;吳潤秀;王晶;張雅靜;李杰;李安平;李先蘭;嚴積芳;黃景誠;韋谷林;陶榮燕
• 申請（專利權）人: 陶榮燕
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明的鉍、鋇參雜磷酸鐵鋰納米正極材料制備方法，屬于一種鋰電池正極材料制備方法，特別涉及一種磷酸鐵鋰電池正極材料制備方法。

背景技術

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構成的材料，納米級結構材料簡稱為納米材料(nanometermaterial)，是指其結構單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同于該物質在整體狀態時所表現的性質。摻雜改性的磷酸鐵鋰正極材料，通過摻雜可將電導率提高，高倍率充放電性能也得到改善，在一定程度上抑制了容量衰減的作用。摻雜途徑可提高、改善鋰離子正極材料性能，已是公認的一種可行的方式。經公開專利檢索，目前記載有關鋰電池納米正極材料專利申請3件，其為：蘭州大學化學化工學院的00134039.5一種鋰離子電池納米正極材料LiCoC₂的制備方法；清華大學；山西省玻璃陶瓷科學研究所的200610011712.9稀土摻雜包碳型納米正極材料磷酸鐵鋰及其制備方法；上海交通大學的200710037314.9鋰離子電池納米正極材料的連續水熱合成方法。

發明內容

本發明的目的在于：基于現有技術的磷酸鐵鋰正極材料(LiFePO4)的結構限制，存在其導電性差和鋰離子擴散系數低的不足，現提出一種鉍、鋇參雜磷酸鐵鋰納米正極材料及其制備方法。

本發明鑒于摻雜途徑可提高、改善鋰離子正極材料性能，已是公認的一種可行的方式。根據鋇/鋰的化學性質，電學性能，晶體結構特征，是最相近似的元素的特點：

鋇，是堿土金屬中最活潑的元素，由于它很活潑，且容易被氧化，應保存在煤油和液體石蠟中。

電離能5.212電子伏特，第一電離能502.9kJ/mol；

晶體結構：晶胞為體心立方晶胞，每個晶胞含有2個金屬原子；

晶胞參數：a＝502.8pm；b＝502.8pm；c＝502.8pm；α＝90°；β＝90°；γ＝90°。

鋰，金屬元素，可與大量無機試劑和有機試劑發生反應。與氧、氮、硫等均能化合，由于易受氧化而變暗，且密度比煤油小，故應存放于液體石蠟中。

電離能5.392電子伏特，第一電離能520.2kJ/mol；

晶體結構：晶胞為體心立方晶胞，每個晶胞含有2個金屬原子；

晶胞參數：a＝351pm；b＝351pm；c＝351pm；α＝90°；β＝90°；γ＝90°。

認為鋇應是最易于起鋰位摻雜作用的。本發明是通過鋇摻雜進行試驗、在用鋇摻雜的情況，可再加入1-2個其它元素，構成2元或3元摻雜，以獲得性能較好的鋰電池正極材料，其制成納米級產品其性能將更優秀。

本發明的鉍、鋇參雜磷酸鐵鋰納米正極材料，其特征在于：其粉末粒度在30-85nm范圍，其化學組成或化學通式可表述為：LiBixBayFePO₄，x＝0.00002-0.00005，y＝0.0003-0.003；其中Li、Bi、Ba、Fe、P的mol比為：1mol?Li：0.00002-0.00005mol?Bi：0.0003-0.003mol?Ba：1mol?Fe：1mol?P。

本發明的鉍、鋇參雜磷酸鐵鋰納米正極材料制備方法，其特征在于：其鋰源、鐵源、磷酸根源、鉍源、鋇源的原料，按照1mol?Li：0.00002-0.00005mol?Bi：0.0003-0.003mol?Ba：1mol?Fe：1mol?P比例混合后，在5-120℃密封攪拌反應器中，反應0.5-24小時，過濾、洗滌、烘干后得到納米前驅體，將烘干得到的前驅體置于高溫爐內，在氮氣氛中，經500-750℃高溫煅燒16-24h，即得本發明的參雜磷酸鐵鋰納米粉末正極材料，其粉末粒度在30-85nm范圍，其鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰或磷酸二氫鋰之一，鐵源為草酸亞鐵，磷酸根源為磷酸二氫銨或磷酸氫二銨之一，鉍源為三氧化二鉍、硝酸鉍之一，鋇源為碳酸鋇、氫氧化鋇、氯化鋇、硝酸鋇、氧化鋇、硫化鋇之一。

本發明與現有技術相比的有益效果：本發明的鉍、鋇參雜磷酸鐵鋰納米正極材料制備方法，所得粉末正極材料，粒度在30-85nm范圍，其首次放電容量大大提高，達160.21mAh/g以上，生產成本可降十倍以上。

具體實施方式