[发明专利]微纳结构LiFePO4、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物的制备方法、制得的化合物及应用，特别是涉及一种具有微纳结构的LiFePO₄化合物的制备方法、制得的微纳结构LiFePO₄化合物及其作为锂离子电池正极材料的应用。

背景技术

锂离子二次电池以其循环寿命长、放电电压平稳、比容量大以及无记忆效应等诸多优点而被广泛的应用在移动电话、笔记本电脑和便携电子器件等诸多领域。近几年来随着混合动力电动汽车和二次电池电动汽车的发展，对可充电电池的容量和质量提出了更高的要求。

LiFePO₄是自然界中已有的化合物，因其具有稳定的结构及优异的安全性能而有望成为新一代锂离子电池正极材料。LiFePO₄为橄榄石型结构，属Pbmn空间群，为正交晶系，其中，Fe与Li分别位于由6个O原子形成的八面体中心位置，构成FeO₆以及LiO₆八面体，P原子占据了由4个O原子构成的四面体位置4c，形成PO₄四面体。相邻的FeO₆八面体通过共用一个O原子在bc面上形成了一个Z字结构的FeO₆层。在充放电过程中，Li⁺离子可以可逆嵌脱，对应于Fe³⁺/Fe²⁺的互相转换，平台电压为3.50V，且平台比较平稳。由于P-O键的键能很大，PO₄四面体在脱嵌锂过程中为惰性可以起到结构支撑作用从而非常稳定，因此LiFePO₄有很好的抗高温、抗过充电性能；同时，也正是由于相邻的FeO₆八面体通过共顶点连接，在一定程度上阻碍了Li⁺离子的自由扩散，最终导致了较低的电子电导率(Thackeray，M.，Lithium-ion batteries：An unexpected conductor.Nat Mater 2002，1，(2)，81-82.)。

近年来，通过在磷酸亚铁锂材料的制备过程中加入有机碳源进行碳包覆来改善材料的导电性，但同时会导致材料的一次成晶粒度为纳米级。纳米级着实有助于材料克容量的发挥，不过也给电池生产及后续过程带来了很大的问题，主要是涂布工艺操作困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述问题，提供了一种微纳结构LiFePO₄化合物的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制备得到的微纳结构LiFePO₄化合物。

本发明的再一目的在于提供上述微纳结构LiFePO₄化合物作为锂离子电池正极材料的应用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公开了一种微纳结构LiFePO₄化合物的制备方法，所述方法包括：将Li源、二价铁源、磷酸盐以及具有熔盐作用的化合物混合均匀，在惰性气氛保护下于550℃～850℃的温度条件下焙烧，所述具有熔盐作用的化合物是指在550℃～850℃条件下能变成熔融态的化合物。

优选的，所述具有熔盐作用的化合物的用量占理论生成LiFePO₄重量的0.1％～5％。

所述具有熔盐作用的化合物优选包括Li₂CO₃、LiF、TiO₂、SnO中的至少一种。

所述将Li源、二价铁源、磷酸盐以及具有熔盐作用的化合物充分混合均匀是指在Li源、二价铁源、磷酸盐以及具有熔盐作用的化合物的混合物中加入水调成泥浆状进行混匀或者将混合物球磨混匀。

所述Li源、二价铁源及磷酸盐按照Li元素∶Fe元素∶磷酸根＝1～1.1∶1∶1的比例混合，所述为摩尔比。

所述Li源优选为Li₂CO₃、LiOH、LiO、醋酸锂中的至少一种。

所述二价铁源优选为有机酸亚铁。

所述磷酸盐优选为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸铵中的至少一种。

优选的，所述惰性气氛是指氮气或氩气气氛，所述焙烧时间为1～24小时。

本发明还公开了由上述制备方法制备得到的LiFePO₄及其作为锂离子电池正极材料的应用。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：