[發明專利]納米LiFePO4的低溫固相合成方法

無效

• 申請號: 201210096804.7
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102664257A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 唐月鋒;沈飛;陳延峰;陳慶霖;劉學文
• 申請（專利權）人: 揚州奇峰納米材料有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制造技術領域，特別是鋰離子二次電池用正極材料—LiFePO₄的合成方法。

背景技術

目前商業化的鋰離子電池基本上選用層狀結構的鈷酸鋰作為正極材料，其缺點是：1、實際容量較低，在120～140mAh/g；2、循環壽命短，300～500次左右；3、安全性能差，在實際使用過程中，鈷酸鋰電池會發生爆炸事故；4、采用的鈷原料為貴金屬，價格昂貴；5、鈷為重金屬，對環境有害。

LiFePO₄是近幾年被推廣使用的一種新能源鋰離子電池正極材料，具有如下優點：

1、快速充放電性能：磷酸亞鐵鋰正極材料的鋰電池，可大倍率充放電；

2、高安全性，是目前最安全的鋰離子二次電池正極材料；

3、循環壽命長，充放電可達2000次以上；

4、無污染，不含任何對人體有害的重金屬元素；

5、高能量密度，其理論比容量為169.8890?mAh/g，實際比容量>?150?mAh/g(0.1C,?25℃)；

6、沒有記憶效應。

因為LiFePO₄具有以上優點，故其應用十分廣泛，可用于電動汽車、電動工具、電力儲存和其他鋰離子二次電池使用的各個方面。因此具有重要的理論和實用價值。

采用現有的固相燒結法制備LiFePO₄能適用于大規模生產，但各批次產品性能一致性差，且該方法實際操作中需要高溫燒結和長時間的保溫，導致無法保證最終產品性能的一致性，造成大的能耗，整個生產過程能耗高、經濟性差。

發明內容

本發明目的在于提出一種環保、節能的納米LiFePO₄的低溫固相合成方法。

包括以下步驟：

1）將鋰鹽、鐵鹽、磷鹽和碳源攪拌混合后，然后加入磨介，經過超細磨高速剪切粉碎，再加入稀釋液進行超細磨，制成中位徑D₅₀為1～999納米的混合粉體；所述鋰鹽為氫氧化鋰、醋酸鋰、碳酸鋰、氟化鋰、硝酸鋰或磷酸二氫鋰中的至少任意一種；所述鐵鹽為三氧化二鐵、硝酸鐵、氫氧化鐵、氯化鐵、醋酸亞鐵、氧化亞鐵、草酸亞鐵或硫酸亞鐵中的至少任意一種；所述磷鹽為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、五氧化二磷、磷酸銨或磷酸二氫鋰中的至少任意一種；所述碳源為石墨微粉、有機熱解炭、導電碳黑、碳納米管、碳纖維、碳布、碳納米粉或石墨烯中的至少任意一種；

2）將所述混合粉體在非氧化性保護氣體氛圍中低溫煅燒制成納米LiFePO₄；所述非氧化性保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣、氫氣、二氧化碳、一氧化碳或氨氣中的至少任意一種。

本發明所述鋰鹽、鐵鹽、磷鹽和碳源的投料摩爾比為0.90～1.10︰0.90～1.10︰0.90～1.10︰0.10～1.00。

本發明通過對鋰鹽、鐵鹽、磷鹽和碳源以一定的比例配比，將其超細粉碎，控制其D₅₀在納米或亞微米尺度，在固相反應時縮短LiFePO₄中各種物質的擴散程，加快固相反應，從而降低煅燒溫度，獲得性能優異的純相LiFePO₄。尤其是通過控制配料后各種組成D₅₀的尺度，來縮短各種物質的擴散路徑，從而可在較低的溫度固相合成純相LiFePO₄，所得LiFePO₄具有良好的充放電性能，克容量達到150?mAh/g以上。

本發明通過控制超細磨各項工藝參數和優化助劑種類和加入量的基礎上，將前驅體的中位徑控制在納米或亞微米尺度，可在較低的溫度及非氧化性保護氣氛下，低溫固相合成純相LiFePO₄。該方法的優點是降低了燒結溫度，縮短了保溫時間，從而減小了固相反應的能耗，保持了LiFePO₄的活性，提高了LiFePO₄的產量及性能的一致性。

另外，本發明在步驟1）的所述剪切粉碎中，鋰鹽、鐵鹽、磷鹽和碳源的總質量與磨介的質量比為1∶1～20。

所述步驟1）中，在所述剪切粉碎時，還加入溶劑，所述溶劑為去離子水、烷、酮或醇中的至少任意一種，所述鋰鹽、鐵鹽、磷鹽和碳源的總質量與溶劑的質量比為1∶1～30。

本發明所述剪切粉碎的轉速為500～3000轉/分，剪切粉碎時間為1～20h。