CN112408354A - 一种磷酸铁锂正极材料的制备方法 - Google Patents

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阳靖峰
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葛美英
张放为
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Abstract

本发明涉及一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，以廉价易得的亚铁盐或铁盐、磷酸二氢锂和有机萃取剂为原料，采用水热反萃法一步合成锂电池正极材料磷酸铁锂。本发明采用水热反萃法，一步合成磷酸铁锂正极材料，解决了原料来源、制备工艺复杂的问题，同时降低了生产成本。本发明提出的上述制备方法，通过一步水热反萃法合成磷酸铁锂电极材料具有工艺简单，原料广泛，生产成本低等特点。

Description

一种磷酸铁锂正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料，特别涉及一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。
背景技术
便携式电子设备、电动汽车和储能系统对高比能量、高比功率、长寿命、低成本的二次电池需求已经越来越迫切。锂离子电池由于其众多的优点，成为二次能源领域备受关注的主角。
电池的性能主要取决于电极材料。磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，就有良好的安全性能，标准充电使用循环寿命可达2000次以上，且耐高温性能好。但其低温性能差，振实密度小，实际比容量低等问题阻碍了该材料的应用与发展。
发明内容
本发明目的在于提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。
本发明目的提供下述方案实现：一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，采用水热反萃法一步合成锂电池正极材料磷酸铁锂，包括如下步骤：
(1) 含铁有机溶液的配制
在烧杯中按体积比2：1依次加入萃取剂和稀释剂，搅拌下加入氨水皂化，然后，加入Fe2 +溶液，搅拌30分钟，分液洗涤，得到含Fe2+有机溶液；
(2) 水相的配制
按摩尔比Fe2+：Li+为1:1的比例称取Li+，配制含有Li+和PO4 3-的水相溶液，且使Li+和PO4 3-摩尔比为（1.1～2）：1；
(3) 水热反萃合成
将含Fe2+有机溶液和水相放入高压反应釜内，密封好并开启搅拌，加热至120℃-220℃反应完成，反应停止后，降温冷却后，离心分离得到产物，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，放于烘箱80℃烘干，得到磷酸铁锂正极材料。
其中，步骤（1）中，所述的萃取剂为：环烷酸、磷酸二异辛脂、磷酸三丁酯、N1923、N235中的一种或几种。
进一步的，步骤（1）中，所述的稀释剂为异辛烷、煤油、异辛醇中的一种或几种。
所用Fe2+溶液为FeSO4、FeCl2、FeCO3溶液中的一种或几种。
水相是LiOH和H3PO4溶液、磷酸二氢锂溶液中的一种。
进一步的，所述水相的配制：将LiOH加水至完全溶解，搅拌条件下加入3mol/L的H3PO4和少量的抗坏血酸。
水热反应时间为5-8h。
本发明可以廉价易得的亚铁盐或铁盐、磷酸二氢锂和有机萃取剂为原料，采用水热反萃法，一步合成锂电池正极材料磷酸铁锂，解决了原料来源、制备工艺复杂的问题，同时降低了生产成本。本发明通过一步水热反萃法合成磷酸铁锂电极材料具有工艺简单，原料广泛，生产成本低等特点。
附图说明
图1是实施例1中得到的磷酸铁锂材料的扫描电镜图；
图2是实施例1中得到的磷酸铁锂材料的放电性能图，在电压范围2.5-3.65V的窗口电压下，容量可达到160mAh/g，且在3.4V附近有超长且平稳的放电平台。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明。
实施例1：
一种磷酸铁锂正极材料，以廉价易得的亚铁盐或铁盐、磷酸二氢锂和有机萃取剂为原料，采用水热反萃法一步合成，按如下步骤：
(1).含铁有机溶液的配制
在烧杯中按体积比2：1依次加入萃取剂和稀释剂，搅拌下加入氨水皂化，然后加入FeCO3溶液，搅拌30分钟，然后分液洗涤，得到含Fe2+有机溶液；
(2).水相的配制
按摩尔比Fe2+：Li+为1:1的比例称取LiOH，加水至完全溶解，搅拌条件下加入3mol/L的H3PO4，使Li+ 和PO4 3-摩尔比为1.2：1，再添加少量的抗坏血酸；
(3).水热反萃合成
将含铁有机相和水相放入高压反应釜内，密封好并开启搅拌，加热至120℃，反应5h后停止，降温冷却后，离心分离得到产物，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，放于烘箱80℃烘干，所得的磷酸铁锂材料，其扫描电镜图见图1。
图2是本实施例产品磷酸铁锂材料的放电性能图，在电压范围2.5-3.65V的窗口电压下，容量可达到160mAh/g，且在3.4V附近有超长且平稳的放电平台。
实施例2
一种磷酸铁锂正极材料，与实施例1步骤相同，只是亚铁盐不同，为FeCl2，按如下步骤：
(1).含铁有机溶液的配制
在烧杯中按体积比2：1依次加入萃取剂和稀释剂，搅拌下加入氨水皂化，然后加入FeCl2溶液，搅拌30分钟，然后分液洗涤，得到含Fe2+有机溶液。
(2).水相的配制
按摩尔比Fe2+：Li+为1:1的比例称取LiOH，加水至完全溶解，搅拌条件下加入一定体积3mol/L的H3PO4和Li+ PO4 3-摩尔比为1.3：1和少量的抗坏血酸。
(3).水热反萃合成
将含铁有机相和水相放入高压反应釜内，密封好并开启搅拌，加热至150℃，反应8h后停止；降温冷却后，离心分离得到产物磷酸铁锂正极材料，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，放于烘箱80℃烘干。
实施例3：
一种磷酸铁锂正极材料，与实施例1步骤相同，只是水热反应条件不同，为FeCl2，按如下步骤：
(1).含铁有机溶液的配制
在烧杯中按体积比2：1依次加入萃取剂和稀释剂，搅拌下加入氨水皂化，然后加入FeCO3溶液，搅拌30分钟，然后分液洗涤，得到含Fe2+有机溶液；
(2).水相的配制
按摩尔比Fe2+：Li+为1:1的比例称取LiOH，加水至完全溶解，搅拌条件下加入一定体积3mol/L的H3PO4和Li+ PO4 3-摩尔比为2：1和少量的抗坏血酸；
(3).水热反萃合成
将含铁有机相和水相放入高压反应釜内，密封好并开启搅拌，加热至220℃，反应8h后停止。降温冷却后，离心分离得到产物，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，放于烘箱80℃烘干。

Claims (7)

1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，采用水热反萃法一步合成锂电池正极材料磷酸铁锂，包括如下步骤：
(1) 含铁有机溶液的配制
在烧杯中按体积比2：1依次加入萃取剂和稀释剂，搅拌下加入氨水皂化，然后，加入Fe2+溶液，搅拌30分钟，分液洗涤，得到含Fe2+有机溶液；
(2) 水相的配制
按摩尔比Fe2+：Li+为1:1的比例称取Li+，配制含有Li+和PO4 3-的水相溶液，且使Li+和PO4 3-摩尔比为（1.1～2）：1；
(3) 水热反萃合成
将含Fe2+有机溶液和水相放入高压反应釜内，密封好并开启搅拌，加热至120℃-220℃反应完成，反应停止后，降温冷却后，离心分离得到产物，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，放于烘箱80℃烘干，得到磷酸铁锂正极材料。
2.如权利要求1所述磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的萃取剂为：环烷酸、磷酸二异辛脂、磷酸三丁酯、N1923、N235中的一种或几种。
3.如权利要求1所述磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的稀释剂为异辛烷、煤油、异辛醇中的一种或几种。
4.如权利要求1所述磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所用Fe2+溶液为FeSO4、FeCl2、FeCO3溶液中的一种或几种。
5.如权利要求1所述磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：水相是LiOH和H3PO4溶液、磷酸二氢锂溶液中的一种。
6.如权利要求1和5所述磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述水相的配制：将LiOH加水至完全溶解，搅拌条件下加入3mol/L的H3PO4和少量的抗坏血酸。
7.如权利要求1所述磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：反应时间为5-8h。
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