[發明專利]一種高倍率納米片狀介孔磷酸鐵鋰的制備方法

在審

• 申請號: 201711315624.2
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107895796A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 駱戰濤;賈進前;張黎;崔俊葳
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙)43217
• 代理人: 李大為

技術領域

本發明為一種磷酸鐵鋰復合材料的制備技術領域，尤其涉及一種高倍率納米片狀介孔磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術

隨著石化能源的日益枯竭，溫室效應不斷加劇，迫使人們不斷尋找一種既能減緩能源危機，又能避免對環境污染的新型環保新能源，因此鋰離子電池作為電動汽車的動力能源受到研究人員的廣泛關注，而橄欖石型的磷酸鐵鋰作為一種新型正極材料由于具備優良的安全性能和循環性能，對其研究也愈發深入。Takahashi(J Power Sources，2001，97～98:508～511)等利用高溫固相法合成LiFePO₄，雖然設備工藝簡單，但電化學性較差，產物顆粒分布不均勻，晶粒形貌不規則。Teng(Solid State Commun，2007，142:389～392)等利用噴霧高溫分解法制備LiFe_0.9Mg_0.1PO₄，摻雜少量Mg²⁺提高其電化學性能，其0.1C倍率首次充放電比容量達132mAh/g，但該款材料的電化學性能依然不能滿足工業化需求。Ni(JPower Source，2010，195:2877～2882)等通過水熱法，利用LiOH·H2O、H₃PO₄和FeSO₄·7H2O為原料，在高壓反應釜中230℃下反應30min，制得正極材料LiFePO₄，所得材料粒徑在100nm左右，0.1C充放電時放電比容量是160mAh/g，雖然其放電比容量有所提升，但是在循環和高倍率充放電方面仍然不夠。

水熱法最大的特點在于產物形貌和尺寸大小易于控制，因此可以根據反應溫度時間、反應底物濃度和計量比來調控目標產物的形貌和電化學性能，以迎合更多的客戶需求。磷酸鐵鋰的缺陷在于低電子導電性和在一維孔道中擴散緩慢，這些恰好阻礙了其快充技術中高倍率充放電的需求。Yang(J Mater Chem A，2010，20(37):8086～8091)等利用水熱法制備磷酸鐵鋰，通過調控PEG與去離子水的比例來控制LiFePO₄的尺寸形貌，分別為納米顆粒狀、納米片狀和微米片狀，通過不同的電化學測試發現納米片狀的LiFePO₄的是很適合鋰離子嵌入脫出的一種形貌結構，但在倍率性能方面提升仍然不明顯。

因此，需要發明一種產物形貌規整，循環性能好的高倍率納米片狀介孔磷酸鐵鋰的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高倍率納米片狀介孔磷酸鐵鋰的制備方法，解決上述背景中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高倍率納米片狀介孔磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟：(1)在40℃下，將模板劑聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物P123與ZrOCl₂·8H₂O加入到H₃PO₄溶液中，攪拌至P123完全溶解，再加入白色顆粒狀LiOH·H₂O和蔗糖繼續攪拌24h，再調節混合溶液的pH值，直至中性；所述ZrOCl₂·8H₂O、H₃PO₄、H₂O與P123的質量比為0.1～0.6:1.568:16:1；所述白色顆粒狀LiOH·H₂O與H₃PO₄的質量比為1.28～1.29:1；

(2)在惰性氣體的保護下，將FeCl₂·4H2O去離子水溶液加入到步驟(1)得到的混合溶液中，繼續磁力攪拌10-15h，將得到的懸濁液轉入惰性氣體保護的聚四氟乙烯反應釜中，晶化10～15h，晶化溫度140～180℃，過濾，無水乙醇洗滌2-4次，將濾餅置于80℃真空干燥箱中干燥12h；所述FeCl₂·4H2O去離子水溶液的質量濃度為16.6％；所述FeCl₂·4H2O與H₃PO₄的質量之比為2～2.1:1；

(3)將所述步驟(2)中得到的干燥產物與蔗糖在研缽中碾碎均勻得到固體混合物，將所述固體混合物置于惰性氣體保護的高溫管式爐中高溫煅燒后冷卻，即可得到一種高倍率納米片狀介孔磷酸鐵鋰正極材料；所述高溫管式爐煅燒溫度600～900℃，煅燒時間4～8h。