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CN101850957A - 一种制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法 - Google Patents

一种制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法 Download PDF

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CN101850957A
CN101850957A CN201010179297A CN201010179297A CN101850957A CN 101850957 A CN101850957 A CN 101850957A CN 201010179297 A CN201010179297 A CN 201010179297A CN 201010179297 A CN201010179297 A CN 201010179297A CN 101850957 A CN101850957 A CN 101850957A
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CN
China
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lithium
ion battery
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iron phosphate
phosphate
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CN201010179297A
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English (en)
Inventor
赵铭姝
宋晓平
汪飞
井光辉
翟玉春
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Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

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Abstract

本发明公开了一种制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法，将草酸亚铁、磷酸二氢铵、醋酸锂和月桂酸，在高能球磨机中球磨，将混合物压片，对其进行固相烧结，即可获得分散性好的纳米级磷酸亚铁锂的锂离子电池正极材料。本发明添加有机碳源月桂酸，利用合适的固相烧结法，提高合成磷酸亚铁锂纳米颗粒的表面导电性，改善其充放电容量和循环性能，有效地提高其作为锂离子电池正极材料的电化学性能。整个反应过程简单，没有有毒物质或环境污染物产生，环境友好，属于绿色化学的制备方法，并且本方法可以实现大规模生产。

Description

一种制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法
技术领域
本发明属于材料制备方法，特别涉及一种制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法。
背景技术
橄榄石结构的磷酸亚铁锂LiFePO4具有理论比容量高、原料丰富、循环寿命长、高温安全性良好、环保等优点，被认为是最有发展前途的锂离子电池正极材料。但是，LiFePO4低的电子电导率导致其比容量降低，锂离子扩散系数低使得其循环性能不好；这些缺点制约了LiFePO4的产业化发展。目前的解决途径主要有：一是通过减小材料颗粒尺寸以缩短锂离子在LiFePO4充放电过程中的迁移距离；二是掺杂其它元素提高LiFePO4材料表面的导电率。
关于制备LiFePO4的方法有：高温固相法、碳热还原法、微波加热法、水热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、模板法等，上述有些方法中对设备的要求高，操作过程比较复杂，过程控制要求严格，制备过程对环境会造成不同程度的污染，并且成本高，效率低，很难做到大批量生产。
发明内容
本发明提供一种简单的制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法。本发明的整个反应过程简单，无有毒物质或环境污染物产生，环境友好，属于绿色化学的制备方法，并且本方法可以实现大规模生产，所需的化学试剂廉价易购。
本发明的技术方案是这样实现的：包括以下步骤：
（1）称量摩尔配比为1:1:1:1的草酸亚铁（FeC2O4·2H2O）、磷酸二氢铵（NH4H2PO4）、醋酸锂（CH3COOLi·2H2O）和月桂酸（C12H24O2），在高能球磨机中球磨4-8小时，低温干燥后压片；
（2）将干燥压片后的产物置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，在氩气（或氮气）保护气氛下，采用下述煅烧过程：以3-5℃·min-1的升温速率加热到500-700℃，保温5-12小时，然后随炉冷却至室温，即可获得纳米级磷酸亚铁锂LiFePO4。
本发明采用固相烧结法合成纳米级LiFePO4；将原料FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、CH3COOLi·2H2O和C12H24O2混合，增加高能球磨的过程；采用固相烧结法，控制其温度和恒温时间，制备出分散性好的纳米级LiFePO4材料。该发明提供了一种可以提高其表面导电性和放电比容量的有机添加剂，特别是提供了一种用于制备纳米级磷酸亚铁锂的锂离子电池正极材料的固相制备方法。
具体实施方式
实施例一：
称量摩尔比为1:1:1:1的FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、CH3COOLi·2H2O和C12H24O2，在高能球磨机中球磨4小时，低温干燥后压片；将干燥压片后的产物置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，在氩气（或氮气）保护气氛下，采用下述煅烧过程：以3℃·min-1的升温速率加热到600℃，保温12小时，然后随炉冷却至室温，即可获得粒径主要在80nm-200nm的纳米级LiFePO4材料。
实施例二：
称量摩尔比为1:1:1:1的FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、CH3COOLi·2H2O和C12H24O2，在高能球磨机中球磨4小时，低温干燥后压片；将干燥压片后的产物置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，在氩气（或氮气）保护气氛下，采用下述煅烧过程：以3℃·min-1的升温速率加热到550℃，保温12小时，然后随炉冷却至室温，即可获得粒径主要在100nm-400nm的纳米级LiFePO4材料。
实施例三：
称量摩尔比为1:1:1:1的FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、CH3COOLi·2H2O和C12H24O2，在高能球磨机中球磨4小时，低温干燥后压片；将干燥压片后的产物置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，在氩气（或氮气）保护气氛下，采用下述煅烧过程：以3℃·min-1的升温速率加热到600℃，保温5小时，然后随炉冷却至室温，即可获得粒径主要在300nm-800nm的纳米级LiFePO4材料。
实施例四：
称量摩尔比为1:1:1:1的FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、CH3COOLi·2H2O和C12H24O2，在高能球磨机中球磨4小时，低温干燥后压片；将干燥压片后的产物置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，在氩气（或氮气）保护气氛下，采用下述煅烧过程：以3℃·min-1的升温速率加热到700℃，保温12小时，然后随炉冷却至室温，即可获得粒径主要在100nm-200nm的纳米级LiFePO4材料。

Claims (3)

1.一种制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称量摩尔配比为1:1:1:1的草酸亚铁（FeC2O4·2H2O）、磷酸二氢铵（NH4H2PO4）、醋酸锂（CH3COOLi·2H2O）和有机碳添加剂，混合4-8小时，干燥后压片；
（2）将干燥压片后的产物置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式炉，在氩气或氮气保护气氛下，以3-5℃·min-1的升温速率加热到500-700℃，保温5-12小时，然后随炉冷却至室温，即可获得纳米级磷酸亚铁锂LiFePO4。
2.根据权利要求1所述的制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法，其特征在于，有机碳添加剂为月桂酸（C12H24O2）。
3.根据权利要求1或2所述的制备锂离子电池正极材料纳米级磷酸亚铁锂的方法，其特征在于，所述的混合方式需在高能球磨机中球磨。
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