專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)及新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池技用納米粉體， 尤其是一種鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
綠色環(huán)保鋰離子二次電池作為新一代化學(xué)電源正越來(lái)越顯示出發(fā)展前途，應(yīng)用領(lǐng) 域也不斷擴(kuò)大。目前，商品化鋰離子電池的正極材料主要為L(zhǎng)iCo02。由于Co在自然界中含 量極低，價(jià)格昂貴，其未來(lái)的發(fā)展受到制約。因此，尋找電性能優(yōu)異。價(jià)格低廉的正極材料 是一項(xiàng)非常迫切的任務(wù)。由于LiFePO4具有價(jià)格低廉、安全性能和熱穩(wěn)定性能好、無(wú)污染和 質(zhì)量比能量高等優(yōu)點(diǎn)，成為最有潛力的鋰離子正極材料之一。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)此已進(jìn)行了廣 泛地研究，但大多集中在高溫固相合成上，用該方法很難得到純度高、粒徑均勻、電性能良 好的LiFePO4,由于LiFePO4本身電導(dǎo)率較低，大倍率充放電性能差，限制了其商業(yè)化進(jìn)程， 因此人們嘗試用新的合成方法及改性途徑，希望得到理想的LiFePO4材料。水熱法是通過(guò)高溫、高壓在水溶液或水蒸氣等流體中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，制備出粉體 材料的一種方法。它是目前液相法中制備超微顆粒的一種方法，與固相法及溶膠_凝膠法 相比，具有操作簡(jiǎn)單、物相均勻、粒徑小的優(yōu)點(diǎn)。固相法及溶膠-凝膠法大都需要經(jīng)過(guò)高溫 熱處理進(jìn)行結(jié)晶，這樣一方面對(duì)反應(yīng)氣氛有較高要求，容易造成反應(yīng)均勻性不好，另一方面 高溫?zé)崽幚聿豢杀苊獾脑斐煞垠w的團(tuán)聚，從而影響粉體的應(yīng)用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種鋰離子電池用摻雜磷酸鐵 鋰納米粉體的制備方法，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了粉體制備和摻雜的同步完成，能夠得 到性能良好的鋰離子電池陽(yáng)極使用的金屬摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的這種鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法，按照以下步驟1)合成前驅(qū)體溶液將磷源化合物、亞鐵源化合物和鋰源化合物按照P Fe Li摩爾比為1 1 1 比例配制成0. 4 2. 4mol/L的前驅(qū)體溶液；2)配制摻雜源前驅(qū)液將摻雜源配制成0. 5 lmol/L的溶液；所述摻雜源為硫酸氧鈦、硝酸錳、磷酸錳、 磷酸鎳、磷酸鉻和氯化鎳的一種；3)將以上摻雜源前驅(qū)液和前驅(qū)體溶液按摩爾比為(0. 01 0. 1) 1混合后置于 水熱反應(yīng)釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯? 5min后加3 8MPa的初壓，然后在100 220 度下反應(yīng)5 20h，自然冷卻后取出，然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到摻雜磷酸鐵鋰納米粉 體。進(jìn)一步，上述磷源化合物為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的一種或多種的混合物。上述鋰源化合物為氫氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰和醋酸鋰中的一種或多種的混合物。上述亞鐵源化合物為氯化亞鐵、硫酸亞鐵和醋酸亞鐵中的一種或多種的混合物。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明利用水熱法，通過(guò)高溫、高壓在水溶液或水蒸氣等流體中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制 備鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體，該方法與固相法及溶膠_凝膠法相比，具有操作 簡(jiǎn)單、物相均勻、粒徑小的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為L(zhǎng)iFePO4粉體的SEM圖譜；圖2為實(shí)施例2得到的鎳摻雜的LiFePO4粉體的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例11)合成反應(yīng)前驅(qū)物將磷酸、醋酸亞鐵和氫氧化鋰按照還有的P Fe Li摩爾比為1 1 1比 例配制成0. 4mol/L的前驅(qū)體溶液(溶劑為水，以下溶劑均采用水)；2)配制摻雜源前驅(qū)液將硫酸氧鈦配制成0. 5mol/L的溶液，作為摻雜源前驅(qū)液；3)將以上摻雜源前驅(qū)液和前驅(qū)體溶液按照硫酸氧鈦與亞鐵離子摩爾比為 0.01 1的比例混合后置于水熱反應(yīng)釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?min后加SMPa的初壓， 然后在100度下反應(yīng)20h后，自然冷卻后取出然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到結(jié)晶良好的摻 雜磷酸鐵鋰納米粉體。實(shí)施例2第一步，合成前驅(qū)體溶液將磷源化合物(磷酸二氫銨磷酸=1 1)、氯化亞鐵 和碳酸鋰按照P Fe Li摩爾比為1 1 1比例配制成1. 4mol/L的前驅(qū)體溶液；第二步，摻雜源前驅(qū)液的配制將磷酸鎳配制成lmol/L的溶液作為摻雜源前驅(qū) 液，摻雜源選擇磷酸鎳；第三步，將摻雜源前驅(qū)液與前驅(qū)體溶液按摩爾比0.1 1的比例混合后置于水熱 反應(yīng)釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?min后加4MPa的初壓，然后在180度下反應(yīng)8h后，自然 冷卻后取出然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到結(jié)晶良好的摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。本實(shí)施例得到的鎳摻雜的LiFePO4粉體的XRD圖譜如圖2所示，從圖中可以看出， 粉體結(jié)晶良好，雜相較少，只是由于摻雜相的引入部分峰的位置略又偏移。實(shí)施例3第一步，合成前驅(qū)體溶液將磷源化合物(由磷酸氫二銨磷酸以摩爾比為 1 1混合)硫酸亞鐵鋰源化合物(由氯化鋰和醋酸鋰以摩爾比為1 1混合)按照 P Fe Li摩爾比為1 1 1比例配制成2.4mol/L的前驅(qū)體溶液(溶劑為水，以下 溶劑均采用水)；
第二步，摻雜源前驅(qū)液的配制將摻雜源配制成0. 8mol/L的溶液，摻雜源選擇磷 酸鎳，第三步將摻雜源前驅(qū)液與前驅(qū)體溶液按摩爾比0. 08 1的比例混合后置于水熱 反應(yīng)釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?min后加2MPa的初壓，然后在220度下反應(yīng)5h后，自然 冷卻后取出然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到結(jié)晶良好的摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。實(shí)施例4第一步，合成前驅(qū)體溶液將磷酸亞鐵源化合物(由氯化亞鐵和硫酸亞鐵以摩 爾比為1 1混合)醋酸鋰按照P Fe Li摩爾比為1 1 1比例配制成2. Omol/ L的前驅(qū)體溶液；第二步，摻雜源前驅(qū)液的配制將摻雜源配制成0. 8mol/L的溶液作為摻雜源前驅(qū) 液，摻雜源選擇硝酸錳；第三步將摻雜源前驅(qū)液與前驅(qū)體溶液按摩爾比0.03:1的比例混合后置于水熱 反應(yīng)釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?min后加5MPa的初壓，然后在160度下反應(yīng)5h后，自然 冷卻后取出然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到結(jié)晶良好的摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。實(shí)施例5第一步，合成前驅(qū)體溶液將磷酸亞鐵源化合物(由氯化亞鐵和硫酸亞鐵以摩 爾比為1 1混合)醋酸鋰按照P Fe Li摩爾比為1 1 1比例配制成2. Omol/ L的前驅(qū)體溶液；第二步，摻雜源前驅(qū)液的配制將摻雜源配制成0. 8mol/L的溶液作為摻雜源前驅(qū) 液，其中摻雜源選擇磷酸錳第三步將摻雜源前驅(qū)液與前驅(qū)體溶液按摩爾比0.03:1的比例混合后置于水熱 反應(yīng)釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?min后加5MPa的初壓，然后在160度下反應(yīng)5h后，自然 冷卻后取出然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到結(jié)晶良好的摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。實(shí)施例61)合成前驅(qū)體溶液將磷酸氫二銨、氯化亞鐵和碳酸鋰按照P Fe Li摩爾比為1 1 1比例配 制成lmol/L的前驅(qū)體溶液；2)配制摻雜源前驅(qū)液將摻雜源配制成0. 5mol/L的溶液；所述摻雜源為磷酸鉻；3)將以上摻雜源前驅(qū)液和前驅(qū)體溶液按摩爾比為0.08 1混合后置于水熱反應(yīng) 釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?min后加3MPa的初壓，然后在120度下反應(yīng)10h，自然冷卻后 取出，然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。實(shí)施例71)合成前驅(qū)體溶液將磷酸氫二銨、醋酸亞鐵和碳酸鋰按照P Fe Li摩爾比為1 1 1比例配 制成2mol/L的前驅(qū)體溶液；2)配制摻雜源前驅(qū)液將摻雜源配制成0. 5mol/L的溶液；所述摻雜源為硫酸氧鈦、硝酸錳、磷酸錳、磷酸 鎳、磷酸鉻和氯化鎳的一種；
5
3)將以上摻雜源前驅(qū)液和前驅(qū)體溶液按摩爾比為0.09 1混合后置于水熱反應(yīng) 釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?min后加3MPa的初壓，然后在220度下反應(yīng)15h，自然冷卻后 取出，然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。參見(jiàn)附圖，其中圖1是利用本發(fā)明的方法制備的LiFePO4粉體的SEM圖譜，從圖1 中可以看出，本發(fā)明制備出的粉體由10-20nm左右的顆粒組成。
權(quán)利要求
一種鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法，其特征在于，按照以下步驟1)合成前驅(qū)體溶液將磷源化合物、亞鐵源化合物和鋰源化合物按照P∶Fe∶Li摩爾比為1∶1∶1比例配制成0.4～2.4mol/L的前驅(qū)體溶液；2)配制摻雜源前驅(qū)液將摻雜源配制成0.5～1mol/L的溶液；所述摻雜源為硫酸氧鈦、硝酸錳、磷酸錳、磷酸鎳、磷酸鉻和氯化鎳的一種；3)將以上摻雜源前驅(qū)液和前驅(qū)體溶液按摩爾比為(0.01～0.1)∶1混合后置于水熱反應(yīng)釜中，將釜體內(nèi)用高純氮?dú)獯?～5min后加3～8MPa的初壓，然后在100～220度下反應(yīng)5～20h，自然冷卻后取出，然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法，其特征在 于，所述磷源化合物為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的一種或多種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法，其特征在 于，所述鋰源化合物為氫氧化鋰、氯化鋰、碳酸鋰和醋酸鋰中的一種或多種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法，其特征在 于，所述亞鐵源化合物為氯化亞鐵、硫酸亞鐵和醋酸亞鐵中的一種或多種的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體的制備方法，該方法首先利用磷源化合物、亞鐵源化合物和鋰源化合物合成前驅(qū)體溶液，在配制摻雜源前驅(qū)液，然后將摻雜源前驅(qū)液和前驅(qū)體溶液按比例混合置于水熱反應(yīng)釜中，在氮?dú)獠⒓訅涵h(huán)境下，以100～220度反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻取出，然后經(jīng)離心洗滌后干燥即得到摻雜磷酸鐵鋰納米粉體。該方法是利用水熱法，通過(guò)高溫、高壓在水溶液或水蒸氣等流體中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備鋰離子電池用摻雜磷酸鐵鋰納米粉體，該方法與固相法及溶膠-凝膠法相比，具有操作簡(jiǎn)單、物相均勻、粒徑小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/1397GK101964418SQ20101029381
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者劉文秀 申請(qǐng)人:彩虹集團(tuán)公司