[發明專利]粒徑可控的納米FePO4的制備方法

有效

• 申請號: 201110445797.2
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102530905A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張天任;田光磊;舒康穎;劉建波;呂春菊;秦來順
• 申請（專利權）人: 浙江天能能源科技有限公司;中國計量學院;天能電池集團有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;B82Y40/00
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;房嶺梅

技術領域

本發明涉及材料領域，具體而言，本發明涉及納米FePO₄的制備方法。

背景技術

在鋰離子二次電池正極材料磷酸鐵鋰發明以前，磷酸鐵主要應用于陶瓷食品添加劑等領域，近年來也被作為催化劑載體。隨著鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的蓬勃發展，磷酸鐵也被廣泛地應用于制備高性能磷酸鐵鋰正極材料的前驅體。

近年來，隨著全世界石油資源的逐步枯竭和汽車尾氣對環境污染的日益嚴重，電動車(EV)或混合電動車(HEV)以及相應動力電源得到迅速發展。鋰離子電池體積小、工作電壓高、無記憶效應、污染小、循環壽命長等諸多優點，因而受到廣泛歡迎。鋰離子電池正極材料是決定電池性能的一個關鍵因素，目前已經商業化的正極材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等，但相比較其它正極材料而言，LiFePO₄具有兩個顯著的優點：優異的安全性能及循化性能，這是由于其內部獨特的腳手架結構使其在循環過程中分子結構非常穩定，因此近年來國際上普遍認為LiFePO₄是高能動力電池的最佳新型正極材料。

盡管LiFePO₄擁有眾多優點，但也有一些不足之處，特別是目前LiFePO₄主要應用領域是動力鋰離子二次電池，所以大電流放電時使得這些缺點顯得更加突出：首先，其電導率低，純LiFePO₄的電導率一般在10-10S/m這個數量級，這個問題嚴重制約著其作為高功率電池的實際應用；其次，因LiFePO₄結構為鋰離子擴散提供的通道有限，鋰離子在晶粒內部的嵌入和脫出速度慢，這導致當LiFePO₄用于高倍率放電時鋰離子的嵌入和脫出速度小于界面化學變化速度，表現為高倍率放電時克容量較低且極化厲害；最后，其堆積密度及壓實密度低導致電池的能量密度低；顆粒形貌難以控制導致其加工性能較差。這些問題導致其在商業化應用上存在很多障礙，所以必須從材料制備上解決LiFePO₄的所面臨的這些困難。在諸多提高LiFePO₄性能的方法中，獲得納米化的LiFePO₄從而減小Li+在晶粒中的擴散距離，有助于大大提高LiFePO₄的高倍率沖放電性能。

合成LiFePO₄的方案很多，在諸多合成方案中，以FePO₄為前驅體合成LiFePO₄具有鮮明的特點：FePO₄與LiFePO₄具有相似的晶體結構，而Li+在高溫下具有極好的擴散性能，所以可以通過控制FePO₄的顆粒形貌、尺寸及粒度分布來合成理想的納米LiFePO₄，也即FePO₄的遺傳特性。據此，我們可以相對容易地利用各種軟化學法制備出納米FePO₄，通過控制pH值、溫度、濃度、表面活性劑及其它條件來合成粒徑、形貌、粒度分布的可控納米FePO₄，并通過高溫固相反應合成LiFePO₄，同時將FePO₄顆粒尺寸、形貌等遺傳給LiFePO₄。而合適顆粒形貌、尺寸、粒度分布的LiFePO₄是具有優異電化學性質鋰離子電池必備條件。

因此，通過控制pH值、溫度、濃度、表面活性劑及其它條件來合成粒徑、形貌、粒度分布的可控納米FePO₄，從而利用該可控納米FePO₄為前驅體合成LiFePO₄的方法是非常有意義的。

發明內容

本發明提供了合成納米FePO₄的方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種制備納米FePO₄的方法，包括以下步驟：

a.將可溶性磷源及可溶性三價鐵鹽溶于去離子水中，利用酸調節其pH值使溶液處于澄清透明；

b.向a步驟所得溶液中加入有機溶劑、表面活性劑并攪拌至溶液均勻、澄清、穩定狀態；

c.調節b步驟所得溶液至一定溫度，然后把溶液置入超聲場中，并在劇烈攪拌下緩慢加入堿性溶液，調節溶液至一定pH值得到FePO₄膠粒溶膠；