[发明专利]溶胶-凝胶法合成磷酸铁锂材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶胶-凝胶法合成磷酸铁锂材料的方法，属于能源材料制备技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种绿色高能电池，近些年来发展十分迅速，广泛应用于各种便携式电子产品和通讯工具，在电动汽车中夜具有良好的应用前景。

锂离子电池正极材料是锂离子电池的重要组成部分，锂离子电池自商品化以来，正极材料始终是电池领域研究的热点。目前研究最多的正极材料是LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄。LiCoO₂是唯一大规模商业化的正极材料，研究比较成熟，综合性能优良，但存在安全问题，在过充和过热时，可能会发生爆炸，而且价格昂贵，容量低，毒性大，对环境和人体有一定的伤害。LiNiO₂成本较低，但制备困难，热稳定性和重现性差，也存在一定的安全问题。LiMn₂O₄成本低、安全性好。易合成，但是理论容量低。

LiFePO₄作为一种新型锂离子电池正极材料,与常见的过渡金属氧化物正极材料相比有其独特的优势。特别是安全性好，价格低廉,理论容量高、热稳定性好以及对环境无污染等优点,更使其成为最具潜力的正极材料之一。

目前关于LiFePO₄的合成方法可分为固相合成法和软化学合成法两大类。高温固相法合成的存在材料易团聚、晶粒形貌不易控制、材料颗粒粒度较大、混合不均匀、电化学活性不足等问题，软化学方法主要包括常规水热法、共沉淀法、溶胶凝胶法等。而传统的水热法存在反应周期长、还要经二次烧结，使材料晶粒在二次团聚，影响材料的性能。目前用的方法存在或耗能，或影响材料的性能等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种溶胶-凝胶法合成磷酸铁锂材料的方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种溶胶-凝胶法合成磷酸铁锂材料的方法，包括以下步骤：

（1）称取锂源、铁源、磷源分别置于三个容器中，分别加入无水乙醇超声分散30-60min，配成摩尔浓度为1-3mol/L的锂浆液、铁浆液和磷浆液；称取碳源置于一个容器中，加入无水乙醇，配成质量浓度为5%-10%的碳源浆液；

（2）将锂浆液、铁浆液、磷浆液和碳源浆液在50-70℃水浴条件下混合搅拌均匀，其中Li、Fe和P的摩尔比为1：1：1，碳源含量为锂源、铁源和磷源总质量的5%-10%，加入螯合剂，其中螯合剂用量为锂源和铁源摩尔数总量的0.5-1倍，搅拌均匀后用氨水调节pH值至6-8，继续搅拌2-8小时，得到湿凝胶；

（3）将湿凝胶转至高压釜内，用惰性气体吹扫高压釜后，密封，在250-280℃，压力为8.5-20Mpa条件下反应2-8h，打开高压釜的放气阀，使高压釜内压力降至0.1Mpa，用惰性气体吹扫剩余乙醇30-90min，并密封高压釜，待高温釜降至50℃以下取出碳包覆的磷酸铁锂前驱体；

（4）将碳包覆的磷酸铁锂前驱体置于高温炉中在450-600℃条件下烧结3-10h，得到磷酸铁锂材料。

锂源优选为醋酸锂或氢氧化锂。

铁源优选为Fe(CH3COO)2、柠檬酸三铁或硝酸铁。

磷源优选为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸。

碳源优选为葡萄糖、蔗糖、聚乙烯醇和聚乙二醇至少一种。

螯合剂优选为柠檬酸、酒石酸、聚乙二醇和聚乙烯醇中至少一种。

惰性气体优选为氮气或氩气。

本发明的方法，实现材料在分子/原子水平上的混合，且配比精确，同时采用乙醇在超临界流体干燥包碳，避免了物料在干燥过程中的收缩和破裂，防止初级纳米粒子的团聚和凝并，并在此条件下进行初步反应，同时实现材料的均匀碳包覆，降低了高温烧结温度，制备的材料颗粒分布均匀，电化学活性能优异。

附图说明

图1为实施例1样品的SEM图。

具体实施方式

实施例1

一种溶胶-凝胶法合成磷酸铁锂材料的方法，包括以下步骤：

（1）称取醋酸锂、Fe(CH3COO)2、磷酸二氢铵分别置于三个容器中，分别加入无水乙醇超声分散45min，配成摩尔浓度为2mol/L的锂浆液、铁浆液和磷浆液；称取葡萄糖置于一个容器中，加入无水乙醇，配成质量浓度为8%的碳源浆液；