[發明專利]一種爆炸合成納米級磷酸鐵鋰電池材料的方法

在審

• 申請號: 201310409943.5
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103441275A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 謝興華
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 王菊珍

技術領域

本發明涉及一種納米級磷酸鐵鋰陰極鋰電池材料的新型制備方法。

背景技術

對于動力電池來說，使用壽命的長短非常關鍵，目前使用的動力電池在使用過程中，隨著時間的延長其壽命會大打折扣，一般動力電池使用兩年后就會出現各種各樣的問題，但是磷酸鐵鋰電池卻可以克服上述缺點，而且其安全性能也要遠遠高于現在使用的動力電池，按照基本循環次數的換算，磷酸鐵鋰電池最少可以使用五年性能而不會變化，同時節約的成本可以達到百分之十五以上，符合資源的戰略使用，同時也可以預見在二十一世紀，環保的電動汽車必定會成功商業化。所以加緊對此種電池材料的研究在國內外都在緊張進行，尤其是對納米磷酸鐵鋰的研究，期望其可以率先產業化。

在近年來，對于磷酸鐵鋰的研究方向值得一提的還有是其球形形貌的研究，研究發現球形顆粒的磷酸鐵鋰正極材料對電池性能的提高有很大幫助；本發明使用的爆炸法在材料形貌的控制這一塊有其獨特的優勢，因為爆炸反應的時間在微秒級，成核的顆粒來不及長大，并且沒有方向選擇的優勢，在形貌控制上呈現的是球形，同時在爆炸能量的作用下，所有參加反應的物質都發生離解及化學鍵發生斷裂，物質發生原子程度上的重新組合，此時就比較適合摻雜改性，在一定程度上可以提高磷酸鐵鋰的電子導電率。

很多研究者利用爆炸法都成功合成了納米材料，而且其性能優良，并且可以在合成過程中可以同時進行包覆和摻雜改性等措施。所以只要合成的條件合適，目標產物的形成是可以確定的。其次，在爆炸產物的形成過程中，只要炸藥的配方合理即氧平衡達到零，爆炸生成的氣體基本都是無毒無污染的，對環境比較友好，不需要像其它制備方法還要對廢物進行處理，不會發生能源浪費。

利用炸藥生成的高溫高壓條件來合成所需要的納米磷酸鐵鋰材電池材料，是一種成本比較低廉，穩定性可靠，并且比較環保的一種新型制備方法，同時通過對爆炸產物的檢測可以更深一層的研究爆轟反應區的微觀現象，以此為基礎發展納米尺度行為與爆轟波結構模型之間的關系，因此，在納米材料的高速高效合成以及材料的活法研究這一領域，爆炸法具有其不可替代的優勢，具有較大的發展空間。

發明內容

本發明是為了解決納米磷酸鐵鋰合成技術所存在的上述問題，提供一種工藝流程相對簡單、生產效率高的制備方法，其可以合成30～80nm的磷酸鐵鋰，用于電池材料。

一種爆炸合成納米級磷酸鐵鋰電池材料的方法，包括以下步驟：

a、制備密度為0.9～1.2g/cm³的專用混合炸藥；

b、將專用混合炸藥置于爆炸裝置中，裝置的容積為44L；

c、引爆藥包，收集爆炸產物，對產物進行篩選及熱處理；

所述專用混合炸藥的制備方法為：重量比為A₁：A₂：A₃=（0.668～0.775）：（0.065～0.114）：（0.218～0.230）中加入去離子水混合均勻；其中A₁：Fe（NO₃）₃·9H₂O；A₂：LiNO₃或Li₂CO₃；A₃：（NH₄）₂HPO₄；再加入SP氧平衡調解物，制成前驅體溶液；所述前驅體溶液加熱100℃去水后，冷卻，加入B：C₃H₆O₆N₆，20-23%制成專用混合炸藥。

所述步驟c中，爆炸結束約十分鐘后，對爆炸灰進行收集，將產物先用200目/英寸進行篩選，接著將得到的樣品用烘箱100℃去除水分以得到干燥的粉末，再用箱式電阻爐在無氧的環境下通過雙坩堝法熱處理加熱到550℃，加熱焙燒2h。

上述方法得到的納米級磷酸鐵鋰電池材料，粒度為30～80nm。可用于電池的陰極或陽極材料。