[发明专利]水热高温混合法制备LiFePO4纳米晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池正极材料用LiFePO₄的制备方法，尤其涉及一种水热法制备纳米级LiFePO₄晶体的方法。

背景技术

随着化石能源的枯竭和环境污染的加剧，新型绿色能源的开发和应用已经成为了迫在眉睫的问题。锂离子电池是一种新型的能源材料，具有巨大的前景。目前，锂电池材料性能的主要限制是正极材料的电容量，安全性和寿命问题。最早用作二次锂电池正极材料的钴酸锂虽然有高的理论容量，但是钴元素本身价格昂贵而且具有毒性，成本较高。目前研究较多的镍锰钴三元体系正极材料虽然成本低、安全性好，但是其循环性能不佳。LiFePO4（以下简称LFP）作为一新型的锂电池电极材料， LFP具有橄榄石结构，属于正交晶系，其与FePO4结构的相似性使充放电时电极体积变化小、稳定性好。LFP理论容量有170mAh/g，放电平台平稳保持在3.4V左右，循环特性优良，而且它良好的热稳定性、安全环保和低成本等优点，让它在电动力汽车和混合动力汽车上广阔的应用前景。

目前用于制备LFP粉体的方法有很多，主要包括固相法和液相法两种。固相法主要包括高温固相法、碳热还原法等，其工艺简单适用于大规模生产，但是不容易制备组分均一的LFP粉体，杂相的存在一直难以避免；液相法主要包括溶胶凝胶法、水热和溶剂热法等，虽然液相法相对设备要求简单，制备的粉体形貌和尺寸更容易控制，但是其工艺流程决定了难以大规模生产。

水热高温混合法是一种可用于大规模半连续化生产的新方法，它是将高温下的溶液直接通过管道泵入反应腔内部，让高温液态的原料直接混合反应，通过大的过饱和度快速制备超细纳米晶的一种技术。这一技术解决了传统水热法密闭反应的缺陷，通过不停泵入高温溶液，可以在保持温度和压力的情况下半连续化生产，是一种具有很大潜力的新式生产方法。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种水热高温混合法，制备出纳米级LiFePO₄晶体（以下简称LFP晶体），可用于大规模半连续化制备LFP晶体，并且容易通过温度、浓度等因素控制粉体的尺寸和形貌，使其在锂电池正极材料领域具有广阔的应用前景。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的制备LiFePO₄纳米晶体的方法包括下列步骤：

步骤一：称取4-6mmol LiOH﹒H₂O作为Li源，用去离子水溶解，磁力搅拌30min后得到Li源前驱溶液；

步骤二：称取2mmol 磷酸作为P源，用去离子水溶解，磁力搅拌30min后得到P源前驱溶液；

步骤三：称取2mmol FeSO₄﹒7H₂O作为Fe源，用去离子水溶解并加入一定量抗坏血酸作为还原剂，得到Fe源前驱溶液；

步骤四：选取Li、P、Fe三种前驱溶液中两种，混合后转移到水热釜内衬的一个腔体内；将剩余的前驱溶液单独转移到另一个腔体中；

步骤五：将水热釜内衬转移至水热釜体中正面放置并保证升温过程中两种溶液不接触，升温至120℃-220℃，然后将水热釜反转，保温2h-24h得到沉淀物；

步骤六：将步骤五得到的沉淀物用去离子水过滤三次，用酒精过滤二次，抽虑后干燥，得到LiFePO₄纳米晶体。

有益效果

本发明的方法利用水热高温混合法，通过简单的工艺，要求较低的条件，对环境没有污染。克服了传统水热密闭的缺点，可用于半连续化生产，工艺过程更容易控制。而且所制备的LFP粉体纯度高，尺寸小，结晶性良好。还可以根据不同的实际需要，改变pH，温度等工艺条件控制LFP晶体的晶粒尺寸和形貌。

附图说明

图1是本发明一个实施例得到的磷酸铁锂粉体的XRD图；

图2是本发明一个实施例得到的磷酸铁锂粉体的SEM图。

具体实施方式

实施例一：

步骤一：称取4-6mmol LiOH﹒H₂O作为Li源，用去离子水溶解，磁力搅拌30min后得到Li源前驱溶液；

步骤二：称取2mmol 磷酸作为P源，用去离子水溶解，磁力搅拌30min后得到P源前驱溶液；

步骤三：称取2mmol FeSO₄﹒7H₂O作为Fe源，用去离子水溶解并加入一定量抗坏血酸作为还原剂，得到Fe源前驱溶液；