CN110510676A - 一种LiFeO2纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种LiFeO2纳米颗粒及其制备方法。所述LiFeO2纳米颗粒为球形，粒径为180‑700nm。采用熔盐法制备，将可溶性铁盐、锂盐、KCl和LiCl，均匀混合后经高温焙烧，得到产物为单分散LiFeO2球形纳米颗粒。本发明制备的LiFeO2纳米材料呈球形，可控性佳、形貌均一、分散性好的粒径较小的LiFeO2纳米材料，将在电、催化等方面拥有广阔的市场前景。

Description

一种LiFeO2纳米颗粒及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种LiFeO2纳米颗粒及其制备方法。
背景技术
LiFeO2有着各种晶体结构，其中包含层状立方α-LiFeO2、层状中间相β-LiFeO2、层状四方γ-LiFeO2、波纹层状LiFeO2、针铁矿型LiFeO2、空心石型LiFeO2等多种晶体形式的LiFeO2。在同分异构体中，波纹型、针铁矿型和空心石型LiFeO2具有电化学活性，而通过固态反应制备的层状α-LiFeO2纳米颗粒也具有电化学活性，并被广泛应用于锂离子电池的阴极与阳极材料。过去人们主要研究LiFeO2作为阴极材料。然而，LiFeO2作为阴极材料的电化学性能表现较差。最近，LiFeO2被用作阳极材料，并被证明其具有很好的锂存储能力。J.Krummacher等人研究了用离子液体辅助固态法制备的碳涂层α-LiFeO2纳米颗粒在1C下50个循环后仍具有200mAh/g的容量，这些研究都表明LiFeO2是一种有前途的锂离子阳极材料。
LiFeO2作为最有前途的铁基材料之一，具有无毒、资源丰富、成本低、理论比容量高(282mAh/g)等优点，在微波器件、光隔离器、铁氧体磁芯存储系统、阴极/阳极材料等各种技术应用中得到了广泛的研究。在所有已知的LiFeO2形式中，α-LiFeO2由于其高几倍的电化学活性而受到更多的关注。然而通过600℃以上的高温固态反应获得的大块α-LiFeO2是非活性的，这是由于锂离子位置上的铁离子阻碍了锂的扩散途径，导致了LiFeO2的导电率降低，因此提高导电率是当前研究的重要方向，其中一种方法就是减小粒径并制备纳米级的LiFeO2。
因此，开发出一种环境友好、尺寸可控性好、形貌均一、分散性好、同时易于大量合成的LiFeO2纳米颗粒，有利于提高LiFeO2纳米颗粒的电化学性能，从而提高LiFeO2的电导率，使其在锂离子电极材料得到广泛应用。
发明内容
为了解决现有技术中LiFeO2合成工艺成本高、性能不佳，制得的产品尺寸可控性不佳、形貌不均一、分散性不好等问题。本发明的目的在于提供一种球形LiFeO2纳米颗粒及其熔盐法的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种LiFeO2纳米颗粒，为球形，粒径为180-700nm。
本发明还提供一种所述LiFeO2纳米颗粒的制备方法，为采用熔盐法制备，具体包括如下步骤：
(1)将可溶性铁盐、锂盐、KCl、LiCl，按物质的量之比2∶1∶50x∶30x均匀混合，得到混合物，其中0.2<x<1.6；
(2)将步骤(1)得到的混合物，升温焙烧，自然冷却；
(3)将步骤(2)焙烧后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到红棕色固体；
(4)将步骤(3)得到红棕色固体，离心洗涤、真空干燥，即得球形LiFeO2纳米颗粒。
进一步地，步骤(1)中所述可溶性铁盐为硝酸铁、氧化铁、醋酸亚铁、草酸亚铁、草酸铁和碳酸铁中的一种或多种；所述锂盐为硝酸锂、氧化锂、乙酸锂、草酸锂、氢氧化锂和碳酸锂中的一种或多种。
优选地，步骤(1)中所述混合为采用研钵，进行研磨混合至均匀。
优选地，步骤(2)中所述升温焙烧为在升温速率为5℃/min下，升温至600～880℃，焙烧3～8h。如果此焙烧温度低于600℃，或者焙烧时间低于3h，则固体混合物不能完全反应，并且不能完全转化为立方相LiFeO2纳米颗粒；如果此焙烧温度高于900℃则固体混合物会转化成颗粒较大且不均匀的LiFeO2亚微米颗粒。
优选地，步骤(4)中所述真空干燥的温度为60～80℃。
本发明的有益效果：
(1)本发明方法采用可溶性铁盐、锂盐、KCl和LiCl，采用熔盐法，均匀混合后经高温焙烧，得到产物为单分散LiFeO2球形纳米颗粒。
(2)本发明使用成本低廉、工艺简单的合成方法，制备化学稳定性良好的LiFeO2纳米材料，可控性佳、形貌均一、分散性好的粒径较小的LiFeO2纳米材料，有效地拓展了LiFeO2纳米材料应用。
(3)本发明方法：环境友好，时间短，能耗低，反应步骤少，工艺简便，设备简单，原料易得，产品性能优异，可控性强，将在电、催化等方面拥有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的LiFeO2球形纳米颗粒的X-射线衍射图；
图2是本发明实施例1制备的LiFeO2球形纳米颗粒的扫描电子显微镜图；
图3是本发明实施例2制备的LiFeO2球形纳米颗粒的扫描电子显微镜图；
图4是本发明实施例3制备的LiFeO2球形纳米颗粒的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
将Fe(NO3)3、Li2CO3、KCl、LiCl，按物质的量之比2∶1∶50∶30，使用玛瑙研钵研磨，均匀混合，得到固体混合物；将得到的混合物收集于氧化铝坩埚中再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到740℃，焙烧4小时，自然冷却；将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到红棕色固体；将得到红棕色固体取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60℃真空干燥，制得本发明红棕色LiFeO2纳米颗粒。
图1为本实施例制备的LiFeO2球形纳米颗粒的X-射线衍射图，测试结果表明产物为纯相LiFeO2化合物；图2是本实施例制备的LiFeO2球形纳米颗粒的扫描电子显微镜图，可以看出，合成的产物LiFeO2为球形纳米颗粒，分散性好，直径为180～300nm。与其他制备方法相比，本发明方法成本低廉，合成工艺简单，形貌均一，分散性好。
实施例2
将Fe(NO3)2、Li2CO3、KCl、LiCl，按物质的量之比2∶1∶50∶30，使用玛瑙研钵研磨，均匀混合，得到固体混合物；将得到的混合物收集于氧化铝坩埚中再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到880℃，焙烧4小时，自然冷却；将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到红棕色固体；将得到红棕色固体取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60℃真空干燥，制得本发明红棕色LiFeO2纳米颗粒。
本实施例制备的LiFeO2纳米粉体的扫描电子显微镜如图3所示，可以看出，合成的样品LiFeO2纳米颗粒为球形纳米颗粒，分散性好，直径为500～700nm。
实施例3
将草酸亚铁、Li2CO3、KCl、LiCl，按物质的量之比2∶1∶50∶30，使用玛瑙研钵研磨，均匀混合，得到固体混合物；将得到的混合物收集于氧化铝坩埚中再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到750℃，焙烧4小时，自然冷却；将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到红棕色固体；将得到红棕色固体取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60℃真空干燥，制得本发明红棕色LiFeO2纳米颗粒。
本实施例制备的LiFeO2纳米粉体的扫描电子显微镜如图4所示，可以看出，合成的样品LiFeO2纳米颗粒为球形LiFeO2纳米颗粒，分散性好，直径为150～300nm。
实施例4
将草酸铁(Fe2(C2O4)3)、Li2CO3、KCl、LiCl，按物质的量之比1∶1∶15∶9，使用玛瑙研钵研磨，均匀混合，得到固体混合物；将得到的混合物收集于氧化铝坩埚中再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到750℃，焙烧4小时，自然冷却；将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到红棕色固体；将得到红棕色固体取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60℃真空干燥，制得本发明红棕色LiFeO2纳米颗粒为球形纳米颗粒。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种LiFeO2纳米颗粒，其特征在于，所述LiFeO2纳米颗粒为球形，粒径为180-700nm。
2.一种权利要求1所述的LiFeO2纳米颗粒的制备方法，其特征在于，采用熔盐法制备，具体包括如下步骤：
(1)将可溶性铁盐、锂盐、KCl、LiCl，按物质的量之比2∶1∶50x∶30x均匀混合，得到混合物，其中0.2<x<1.6；
(2)将步骤(1)得到的混合物，升温焙烧，自然冷却；
(3)将步骤(2)焙烧后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到红棕色固体；
(4)将步骤(3)得到的红棕色固体，离心洗涤、真空干燥，即得球形LiFeO2纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的LiFeO2纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述可溶性铁盐为硝酸铁、氧化铁、醋酸亚铁、草酸亚铁、草酸铁和碳酸铁中的一种或多种；所述锂盐为硝酸锂、氧化锂、乙酸锂、草酸锂、氢氧化锂和碳酸锂中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的LiFeO2纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合为采用研钵，进行研磨混合至均匀。
5.根据权利要求2所述的LiFeO2纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述升温焙烧为在升温速率为5℃/min下，升温至600～880℃，焙烧3～8h。
6.根据权利要求2所述的LiFeO2纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述真空干燥的温度为60～80℃。
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