CN101964418A

CN101964418A - 一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法

Info

Publication number: CN101964418A
Application number: CN2010102938155A
Authority: CN
Inventors: 刘文秀
Original assignee: Irico Group Corp
Current assignee: Irico Group Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-02-02

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，该方法首先利用磷源化合物、亚铁源化合物和锂源化合物合成前驱体溶液，在配制掺杂源前驱液，然后将掺杂源前驱液和前驱体溶液按比例混合置于水热反应釜中，在氮气并加压环境下，以100～220度反应，反应完成后自然冷却取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。该方法是利用水热法，通过高温、高压在水溶液或水蒸气等流体中进行化学反应制备锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体，该方法与固相法及溶胶-凝胶法相比，具有操作简单、物相均匀、粒径小的优点。

Description

一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法

技术领域

本发明属于新材料技术及新能源技术领域，涉及一种锂离子电池技用纳米粉体，尤其是一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法。

背景技术

绿色环保锂离子二次电池作为新一代化学电源正越来越显示出发展前途，应用领域也不断扩大。目前，商品化锂离子电池的正极材料主要为LiCoO₂。由于Co在自然界中含量极低，价格昂贵，其未来的发展受到制约。因此，寻找电性能优异。价格低廉的正极材料是一项非常迫切的任务。由于LiFePO₄具有价格低廉、安全性能和热稳定性能好、无污染和质量比能量高等优点，成为最有潜力的锂离子正极材料之一。目前，国内外对此已进行了广泛地研究，但大多集中在高温固相合成上，用该方法很难得到纯度高、粒径均匀、电性能良好的LiFePO₄，由于LiFePO₄本身电导率较低，大倍率充放电性能差，限制了其商业化进程，因此人们尝试用新的合成方法及改性途径，希望得到理想的LiFePO₄材料。

水热法是通过高温、高压在水溶液或水蒸气等流体中进行化学反应，制备出粉体材料的一种方法。它是目前液相法中制备超微颗粒的一种方法，与固相法及溶胶-凝胶法相比，具有操作简单、物相均匀、粒径小的优点。固相法及溶胶-凝胶法大都需要经过高温热处理进行结晶，这样一方面对反应气氛有较高要求，容易造成反应均匀性不好，另一方面高温热处理不可避免的造成粉体的团聚，从而影响粉体的应用性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，该方法制备工艺简单，实现了粉体制备和掺杂的同步完成，能够得到性能良好的锂离子电池阳极使用的金属掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，按照以下步骤：

1)合成前驱体溶液

将磷源化合物、亚铁源化合物和锂源化合物按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成0.4～2.4mol/L的前驱体溶液；

2)配制掺杂源前驱液

将掺杂源配制成0.5～1mol/L的溶液；所述掺杂源为硫酸氧钛、硝酸锰、磷酸锰、磷酸镍、磷酸铬和氯化镍的一种；

3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按摩尔比为(0.01～0.1)∶1混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹2～5min后加3～8MPa的初压，然后在100～220度下反应5～20h，自然冷却后取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

进一步，上述磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种的混合物。

上述锂源化合物为氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂和醋酸锂中的一种或多种的混合物。

上述亚铁源化合物为氯化亚铁、硫酸亚铁和醋酸亚铁中的一种或多种的混合物。

本发明具有以下有益效果：

本发明利用水热法，通过高温、高压在水溶液或水蒸气等流体中进行化学反应制备锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体，该方法与固相法及溶胶-凝胶法相比，具有操作简单、物相均匀、粒径小的优点。

附图说明

图1为LiFePO₄粉体的SEM图谱；

图2为实施例2得到的镍掺杂的LiFePO₄粉体的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)合成反应前驱物

将磷酸、醋酸亚铁和氢氧化锂按照还有的P∶Fe∶Li摩尔比为1∶∶1∶1比例配制成0.4mol/L的前驱体溶液(溶剂为水，以下溶剂均采用水)；

2)配制掺杂源前驱液

将硫酸氧钛配制成0.5mol/L的溶液，作为掺杂源前驱液；

3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按照硫酸氧钛与亚铁离子摩尔比为0.01∶1的比例混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加8MPa的初压，然后在100度下反应20h后，自然冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

实施例2

第一步，合成前驱体溶液：将磷源化合物(磷酸二氢铵∶磷酸＝1∶1)、氯化亚铁和碳酸锂按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成1.4mol/L的前驱体溶液；

第二步，掺杂源前驱液的配制：将磷酸镍配制成1mol/L的溶液作为掺杂源前驱液，掺杂源选择磷酸镍；

第三步，将掺杂源前驱液与前驱体溶液按摩尔比0.1∶1的比例混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加4MPa的初压，然后在180度下反应8h后，自然冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

本实施例得到的镍掺杂的LiFePO₄粉体的XRD图谱如图2所示，从图中可以看出，粉体结晶良好，杂相较少，只是由于掺杂相的引入部分峰的位置略又偏移。

实施例3

第一步，合成前驱体溶液：将磷源化合物(由磷酸氢二铵∶磷酸以摩尔比为1∶1混合)：硫酸亚铁∶锂源化合物(由氯化锂和醋酸锂以摩尔比为1∶1混合)按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶∶1∶1比例配制成2.4mol/L的前驱体溶液(溶剂为水，以下溶剂均采用水)；

第二步，掺杂源前驱液的配制：将掺杂源配制成0.8mol/L的溶液，掺杂源选择磷酸镍，

第三步：将掺杂源前驱液与前驱体溶液按摩尔比0.08∶1的比例混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加2MPa的初压，然后在220度下反应5h后，自然冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

实施例4

第一步，合成前驱体溶液：将磷酸∶亚铁源化合物(由氯化亚铁和硫酸亚铁以摩尔比为1∶1混合)：醋酸锂按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶∶1∶1比例配制成2.0mol/L的前驱体溶液；

第二步，掺杂源前驱液的配制：将掺杂源配制成0.8mol/L的溶液作为掺杂源前驱液，掺杂源选择硝酸锰；

第三步：将掺杂源前驱液与前驱体溶液按摩尔比0.03∶1的比例混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加5MPa的初压，然后在160度下反应5h后，自然冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

实施例5

第二步，掺杂源前驱液的配制：将掺杂源配制成0.8mol/L的溶液作为掺杂源前驱液，其中掺杂源选择磷酸锰

实施例6

1)合成前驱体溶液

将磷酸氢二铵、氯化亚铁和碳酸锂按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成1mol/L的前驱体溶液；

2)配制掺杂源前驱液

将掺杂源配制成0.5mol/L的溶液；所述掺杂源为磷酸铬；

3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按摩尔比为0.08∶1混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹2min后加3MPa的初压，然后在120度下反应10h，自然冷却后取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

实施例7

1)合成前驱体溶液

将磷酸氢二铵、醋酸亚铁和碳酸锂按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成2mol/L的前驱体溶液；

2)配制掺杂源前驱液

将掺杂源配制成0.5mol/L的溶液；所述掺杂源为硫酸氧钛、硝酸锰、磷酸锰、磷酸镍、磷酸铬和氯化镍的一种；

3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按摩尔比为0.09∶1混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹4min后加3MPa的初压，然后在220度下反应15h，自然冷却后取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

参见附图，其中图1是利用本发明的方法制备的LiFePO₄粉体的SEM图谱，从图1中可以看出，本发明制备出的粉体由10-20nm左右的颗粒组成。

Claims

1.一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在于，按照以下步骤：

1)合成前驱体溶液

2)配制掺杂源前驱液

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种的混合物。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述锂源化合物为氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂和醋酸锂中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述亚铁源化合物为氯化亚铁、硫酸亚铁和醋酸亚铁中的一种或多种的混合物。