[發(fā)明專利]橄欖石型鋰電池正極材料磷酸亞鐵鋰的微波水熱合成方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710283856.8
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN108807985A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方桂煌;吳茂祥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的微波水熱合成方法。該方法以氫氧化鋰、鐵鹽、磷酸或磷酸鹽為原料，配制一定濃度的溶液并通過控制氫氧化鋰的量來調(diào)變?nèi)芤旱膒H，然后將配制的溶液進行微波水熱，所得產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥，得到橄欖石型LiFePO₄粉體。該方法工藝流程簡單、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)快速高效、制備成本低，同時所制備的材料純度高，結(jié)構(gòu)完善，結(jié)晶完好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池電極材料的合成方法，尤其是水熱制備橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有電壓穩(wěn)定、比能量大、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于手機、手提電腦、數(shù)碼相機等便攜式設(shè)備，近年來，在電動車以及國防工業(yè)等領(lǐng)域，也顯示出巨大的應(yīng)用前景。層狀含鋰過渡金屬氧化物LiCoO₂是目前商品化鋰離子電池中應(yīng)用最廣泛的正極材料，但鈷資源缺乏，因此LiCoO₂價格昂貴，最終使得鋰離子電池的價格比較高，而且鈷資源容易污染環(huán)境，因此開發(fā)其它價格低廉和無環(huán)境污染的正極材料勢在必行。橄欖石型LiFePO₄電壓平臺3～4V之間，正好與LiCoO₂差不多，并且價格便宜，因此是一種物廉價美的正極材料，可望用來替代LiCoO₂。目前，橄欖石型LiFePO₄的制備方法不多，有固相法、溶膠-凝膠法以及傳統(tǒng)水熱法。固相法和溶膠-凝膠法都需要高溫燒結(jié)，不僅能耗大，且顆粒尺寸不易控制，高溫下容易長大，較難制得高電化學活性的LiFePO₄。傳統(tǒng)水熱法可以在很低的溫度下制備結(jié)晶完好且具有電化學活性的LiFePO₄，但存在加熱速度慢、受熱不均勻、反應(yīng)時間較長的缺點。微波水熱法是近年來國際上開發(fā)的一種功能材料制備新方法，與傳統(tǒng)水熱法相比，具有加熱速度快、反應(yīng)體系受熱均勻、反應(yīng)靈敏、反應(yīng)溫度更低和反應(yīng)時間更短的優(yōu)點，因此更容易實現(xiàn)功能材料的可控制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種制備橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的微波水熱方法。該方法具有反應(yīng)條件溫和、過程簡單快速高效、制備成本低的特點。

本發(fā)明涉及橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的微波水熱合成方法，具體過程如下：

1、室溫下，配制濃度為0.1～2mol/L的亞鐵鹽和磷酸或磷酸鹽的混合水溶液，其中亞鐵離子：磷酸根離子(Fe²⁺:PO₄^3-)的摩爾比為1：1；配制濃度為0.1～3.5mol/L的氫氧化鋰水溶液；

2、將氫氧化鋰水溶液與鐵鹽和磷酸或磷酸鹽的水溶液混合，pH值控制在2～4之間；

3、將上述的混合液進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)罐的填充度為70～80％，反應(yīng)溫度為150～200℃，反應(yīng)時間為1～10小時，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用水充分洗滌、過濾，然后放入烘箱中在100～120℃下干燥4～10小時，所得則為橄欖石型鋰離子電池正極材料LiFePO₄。

其中上述制備過程中所用的亞鐵鹽可以是硝酸亞鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵、醋酸亞鐵中的一種或幾種；磷酸鹽可以是磷酸二氫銨、磷酸一氫銨、磷酸銨、磷酸二氫鉀、磷酸、磷酸二氫鈉中的一種或幾種。

本發(fā)明通過控制反應(yīng)物濃度、溶液pH值以及反應(yīng)溫度和時間，然后利用微波水熱使得反應(yīng)體系受熱更加快速均勻，加速反應(yīng)過程，以高效制備橄欖石型鋰離子電池正極材料LiFePO₄。

本發(fā)明的微波水熱法制備橄欖石型LiFePO₄具有工藝簡單、反應(yīng)快速、成本低的優(yōu)點，同時制備的橄欖石型LiFePO₄結(jié)構(gòu)完善，結(jié)晶完好。

附圖說明