[发明专利]锂电池正极材料LiFePO4纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料制备领域，具体涉及一种锂电泄池正极材料LiFePO₄纳米粉体的制备方法。

背景技术

LiFePO₄是一种新型锂电池正极材料，它具有优良的电化学性能且在价格及环保方面具有优越性，是目前最有可能完全代替LiCoO₂的正极活性物质。目前虽有一些合成LiFePO₄的方法，但均具有一些缺点，对其合成方法的研究与改进一直是该领域的研究热点。目前现有合成LiFePO₄的主要方法及存在的问题和缺点有：1)高温固相合成法，Padhi等以FeC₂O₄·H₂O、(NH₄)₂HPO₄和Li₂CO₃为原料，按化学比例研磨混合均匀后在惰性气氛(如Ar，N₂)的保护下高温焙烧反应制备LiFePO₄。此法的优点是工艺简单，易实现产业化，但产物粒度不易控制，分布不均匀，形貌也不规则，并且在合成过程中需要使用惰性气氛保护。2)水热合成法，以亚铁盐、锂盐和磷酸为原料在水热条件下直接合成LiFePO₄。水热法可以直接得到LiFePO₄，产物的晶型和粒度易于控制，利用水热法可合成次微米级的LiFePO₄。3)微波合成法，微波加热可在短时间内使样品被均匀快速地加热，该法不失为一种简便、快捷的制备方法，但是存在着设备性能要求高且不利于大规模生产的不利因素。4)氧化-还原合成法，利用氧化剂将Fe²⁺的可溶性盐氧化生成FePO₄沉淀后，通过化学反应将FePO₄还原生成LiFePO₄。该方法所制得的LiFePO₄晶粒为纳米级颗粒，而且粒度分布很均匀。但其工艺很复杂、不能大量生产，只适于实验室研究。5)液相共沉淀合成法，此法是用来合成氧化物超细粉末的常见方法。具体方法是将按化学配比的原料溶解，加入适当的某种化合物以析出沉淀、洗涤、干燥、焙烧后得到产物。此法工艺繁琐，操作复杂，不利于大规模应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种锂电池正极材料LiFePO₄纳米粉体的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种锂电池正极材料LiFePO₄纳米粉体的制备方法，由下述步骤组成：

(1)有机相的制备：

在搅拌下，按体积比为1-5∶1-5∶1-5的比例，将平均分子量在200-350之间的环烷酸或磷酸三丁酯或磷酸二烷基酯与异辛醇混合均匀，然后加入0.01-1.0mol·L^-1的硫酸亚铁水溶液或氯化亚铁水溶液或硫酸铁水溶液或三氯化铁水溶液，继续搅拌，用氨水或盐酸水溶液调节pH值为1-6，继续搅拌0.5-1.0小时后，倒入分液装置中，静置2-20分钟，此时溶液分为上下2相，分出有机相，用蒸馏水洗涤2-3次有机相后再分液，再收集有机相；

(2)水相的配制：

称取0.2-1.0g LiOH，加入1-10ml浓度为1.0-5.0mol·L^-1的H₃PO₄水溶液中，待全部溶解后再加入0.1-0.5g LiOH，搅拌溶解后，用氨水调节溶液的pH值为5-8，再加0-1.5g的抗坏血酸，搅拌均匀即得水相或将0.5-5.0g的LiH₂PO₄溶于10-100ml的水中，加0-1.5g的抗坏血酸，搅拌均匀即得水相；

(3)取代反应与晶体的生成：

将水相与有机相按1-5∶1的体积比引入高压釜内，密封，开启搅拌，体系加热至110-200℃，压力为0.05-3.0Mpa，反应10-120分钟后停止加热和搅拌；

(4)产品处理：

将反应体系自然冷却至室温，固液分离，固体用无水乙醇洗涤2-3次，在温度为60-200℃下干燥30-120分钟，即得锂电池正极材料LiFePO₄纳米粉体。