[发明专利]橄榄石型锂电池正极材料磷酸亚铁锂的微波水热合成方法

说明书

本发明涉及一种橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的微波水热合成方法。该方法以氢氧化锂、铁盐、磷酸或磷酸盐为原料，配制一定浓度的溶液并通过控制氢氧化锂的量来调变溶液的pH，然后将配制的溶液进行微波水热，所得产物经过洗涤、过滤和干燥，得到橄榄石型LiFePO₄粉体。该方法工艺流程简单、反应条件温和、反应快速高效、制备成本低，同时所制备的材料纯度高，结构完善，结晶完好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的合成方法，尤其是水热制备橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的方法。

背景技术

锂离子电池具有电压稳定、比能量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、环境友好等优点，因此广泛应用于手机、手提电脑、数码相机等便携式设备，近年来，在电动车以及国防工业等领域，也显示出巨大的应用前景。层状含锂过渡金属氧化物LiCoO₂是目前商品化锂离子电池中应用最广泛的正极材料，但钴资源缺乏，因此LiCoO₂价格昂贵，最终使得锂离子电池的价格比较高，而且钴资源容易污染环境，因此开发其它价格低廉和无环境污染的正极材料势在必行。橄榄石型LiFePO₄电压平台3～4V之间，正好与LiCoO₂差不多，并且价格便宜，因此是一种物廉价美的正极材料，可望用来替代LiCoO₂。目前，橄榄石型LiFePO₄的制备方法不多，有固相法、溶胶-凝胶法以及传统水热法。固相法和溶胶-凝胶法都需要高温烧结，不仅能耗大，且颗粒尺寸不易控制，高温下容易长大，较难制得高电化学活性的LiFePO₄。传统水热法可以在很低的温度下制备结晶完好且具有电化学活性的LiFePO₄，但存在加热速度慢、受热不均匀、反应时间较长的缺点。微波水热法是近年来国际上开发的一种功能材料制备新方法，与传统水热法相比，具有加热速度快、反应体系受热均匀、反应灵敏、反应温度更低和反应时间更短的优点，因此更容易实现功能材料的可控制备。

发明内容

本发明提出了一种制备橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的微波水热方法。该方法具有反应条件温和、过程简单快速高效、制备成本低的特点。

本发明涉及橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的微波水热合成方法，具体过程如下：

1、室温下，配制浓度为0.1～2mol/L的亚铁盐和磷酸或磷酸盐的混合水溶液，其中亚铁离子：磷酸根离子(Fe²⁺:PO₄^3-)的摩尔比为1：1；配制浓度为0.1～3.5mol/L的氢氧化锂水溶液；

2、将氢氧化锂水溶液与铁盐和磷酸或磷酸盐的水溶液混合，pH值控制在2～4之间；

3、将上述的混合液进行微波水热反应，反应罐的填充度为70～80％，反应温度为150～200℃，反应时间为1～10小时，将微波水热反应后的产物用水充分洗涤、过滤，然后放入烘箱中在100～120℃下干燥4～10小时，所得则为橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO₄。

其中上述制备过程中所用的亚铁盐可以是硝酸亚铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、醋酸亚铁中的一种或几种；磷酸盐可以是磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、磷酸铵、磷酸二氢钾、磷酸、磷酸二氢钠中的一种或几种。

本发明通过控制反应物浓度、溶液pH值以及反应温度和时间，然后利用微波水热使得反应体系受热更加快速均匀，加速反应过程，以高效制备橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO₄。

本发明的微波水热法制备橄榄石型LiFePO₄具有工艺简单、反应快速、成本低的优点，同时制备的橄榄石型LiFePO₄结构完善，结晶完好。

附图说明