[發明專利]一種用包合工藝制備磷酸鐵鋰的方法

有效

• 申請號: 201410141267.2
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN104051732A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 孫青林;汪浩;魏宏政
• 申請（專利權）人: 魏宏政;孫青林;汪浩
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 秦舜生

技術領域

本發明涉及化學合成材料領域，具體地講涉及一種用包合工藝制備高品質鋰離子二次電池正極材料磷酸鐵鋰晶體的方法。

背景技術

自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO₄(A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合：LiFeCOPO₄)的橄欖石結構的鋰電池正極材料之后，1997年美國德克薩斯州立大學John.B.Goodenough等研究群，報導了LiFePO₄的橄欖石結構(LiMPO₄)，歐洲人也發現了天然橄欖石結構的LiFePO₄。LiFePO₄也被發現具有已經商業化二次電池材料如鈷酸鋰，鎳酸鋰，三元等材料無法比擬的優越性能。該材料具備原材料來源廣泛、價格低廉、無記憶效應，循環壽命長，安全性能好，高溫性能好，不含重金屬，無環境污染等一系列優點。

盡管LiFePO₄有諸多優點，但也存在著缺陷，材料自身導電性能不佳，導致低溫性能和高倍率放電性能差等，應這些問題的存在也引發了各國科學家的大力研究。為了改變材料的導電性能，美國人提出了碳包覆改變材料導電性的方法。然而磷酸鐵鋰分子如此之小，納米級別的分子，如何包覆均勻，而不是包了的包的很厚，沒包覆到的部分材料導電性能依然不好，影響材料整體性能的發揮。

發明內容

本發明通過對合成工藝的精細化研究，發明一種用包合工藝制備磷酸鐵鋰的方法，該方法制備的磷酸鐵鋰晶體材料，包覆均勻，電化學性能好，批次穩定一致，倍率放電性能好，加工性能好，能夠勝任動力電池對正極材料的較高要求。

本發明提供一種用包合工藝制備磷酸鐵鋰的方法，其特征是包括以下步驟：

①將可溶性磷源化合物、鐵源化合物、鋰源化合物和包合物，按摩爾比1∶1∶2～3.6∶1稱量，然后過飽和溶解在去離子水或蒸餾水中，分別形成磷源化合物溶液、鐵源化合物溶液、鋰源化合物溶液、包合物溶液；

②將所述磷源化合物溶液加入高壓釜，使高壓釜升溫至50-110℃，然后緩慢向高壓釜內加入所述鐵源化合物溶液，向高壓釜內通入惰性氣體，接著緩慢向高壓釜內加入鋰源化合物溶液，最后緩慢向高壓釜內加入包合物溶液，然后密封高壓釜，設定高壓釜內溫度以1-10℃/min的速率升溫至120-260℃，設定高壓釜壓力在0.2-4.7MPa，開始進行包合過程，整個包合過程都進行不停地分散攪拌，整個包合過程持續4-15小時，包合過程完畢，設定高壓釜內溫度以1-20℃/min的速率降溫至常溫，再將高壓釜內容物進行固液分離，將分離出的固體進行洗滌后，再低溫或真空干燥，獲得磷酸鐵鋰包合物晶體。

進一步地，將獲得的磷酸鐵鋰包合物晶體加入惰性氣氛保護或真空爐中，進行高溫碳化退火，碳化退火溫度控制在600—800℃，恒溫時間控制在4—6小時之間。

進一步地，所述包合物為β-環糊精或對苯二酚。

進一步地，所述可溶性磷源化合物為磷酸、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鋰、磷酸氫二鋰，所述可溶性鐵源化合物為七水合硫酸亞鐵、四水合氯化亞鐵、乙酸亞鐵，所述可溶性鋰源化合物為一水合氫氧化鋰、氯化鋰、硝酸鋰、磷酸二氫鋰、乙酸鋰和磷酸氫二鋰。

本發明有效的解決了包覆不均勻、不嚴實的問題，達到分子級的包合碳化。有效的解決了磷酸鐵鋰在合成過程中分子團聚的問題，細化了二次亞晶尺寸。該工藝合成的磷酸鐵鋰材料具有很好的納米粒度分布，平均粒度小于1um。同時具有很好的導電性能，表面碳包覆完整均勻，性能穩定，克容量高達163mAH。方法簡單易行，便于大規模生產。

附圖說明

圖1為本發明所制備的磷酸鐵鋰材料的克容量測試圖；

圖2為本發明所制備的磷酸鐵鋰材料的倍率測試圖；

圖3為本發明所制備的磷酸鐵鋰材料的循環性能測試圖；

圖4為本發明所制備的磷酸鐵鋰材料的粒度分布圖；

圖5為本發明所制備的磷酸鐵鋰材料的XRD?圖。

具體實施方式

實施例一：

本發明提供一種用包合工藝制備磷酸鐵鋰的方法，其特征是包括以下步驟：

①將可溶性磷源化合物、鐵源化合物、鋰源化合物和包合物，按摩爾比1∶1∶2～3.6∶1稱量，然后過飽和溶解在去離子水或蒸餾水中，分別形成磷源化合物溶液、鐵源化合物溶液、鋰源化合物溶液、包合物溶液；