CN1775666A - 一种碳包覆磷酸铁锂的微波合成方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳包覆磷酸铁锂的微波合成方法，涉及到锂离子电池正极材料的制备。本发明按化学计量比称取碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵，适量的导热剂和用于进行碳包覆的有机物，用无水乙醇作分散剂充分研磨混合，经干燥后压成块状，放入装有活性炭的坩埚中，将坩埚置于微波场中辐射加热，即可制得相均匀碳包覆的磷酸铁锂。本发明的优点是，在微波合成磷酸铁锂过程中，同时加入导热剂和用于碳包覆的有机物，既能实现对磷酸铁锂的碳包覆，又可以使原料受热更迅速均匀，有利于大块原料的均匀快速发应。该方法可以缩短生产周期，节省能耗。

Description

一种碳包覆磷酸铁锂的微波合成方法
技术领域
本发明涉及能源功能材料的制备方法，特别涉及到锂离子电池正极材料的制备。
背景技术
目前广泛应用的锂离子电池正极材料是层状结构的LiCoO2，但由于其价格昂贵且毒性较大，寻找可替代LiCoO2的正极材料的要求越来越强烈。橄榄石结构的LiFePO4由于具有价格低廉，热稳定性好，无污染等特点成为最有潜力的候选正极材料之一。LiFePO4的合成方法包括固相法和液相法等。专利CN1401559将一定比例的锂盐，亚铁盐和磷酸盐混合后在惰性气氛下加热一定时间可得LiFePO4；专利CN1431147A将锂源化合物、铁源化合物、磷源化合物及掺杂剂和导电剂的溶液或悬浊液制得前驱体，再将前躯体在一定温度下加热一定时间制得磷酸铁锂。以上方法的显著缺点是加热时间过长，从而增加生产周期并且耗能较大。专利CN1541273A将碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵按化学计量比配比，用丙酮作分散剂球磨混合，干燥压片后置于装有活性炭的坩埚中，微波加热3-30分钟。此方法不用惰性气体保护，但是由于加热时间短，而原料导热性不好，热量不能迅速由原料外部传至内部，从而当原料块较大时制得的材料出现内外不均相，影响材料制备的控制。
发明内容
本发明提出采用微波合成方法，将原料碳酸锂或氢氧化锂、草酸亚铁或乙酸亚铁或乳酸亚铁、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵及导热剂和用于碳包袱的有机化合物混合后，用活性炭或石墨作微波吸收剂，在微波快速合成磷酸铁锂时，使较大的原料块能够内外均匀受热，从而易于控制相均匀的磷酸铁锂的制备条件，缩短生产周期，节省能耗。同时有机化合物分解产生的对碳可以实现磷酸铁锂更好的包覆。
本发明的具体工艺是：按物质所提供的锂原子、铁原子和磷酸根原子团数目比1∶1∶1称取碳酸锂或氢氧化锂、草酸亚铁或乙酸亚铁或乳酸亚铁、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵为基础原料，再配入质量占上述基础原料总质量2％-40％的导热剂和质量占上述基础原料总质量0.1％-20％的用于碳包覆的有机物，用无水乙醇作分散剂充分研磨混合，经干燥后压成块状，放入装有活性炭或石墨微波吸收剂的坩埚中，将坩埚置于微波场中辐射加热2-30分钟，即可制得相均匀碳包覆的磷酸铁锂。
上述导热剂包括乙炔黑、活性炭、石墨等单质形式的碳，用于碳包覆的有机物包括聚乙烯等聚烃类化合物或蔗糖、淀粉等糖类化合物，可任选其中的一种。
与现有技术相比，本发明的优点是，采用微波法合成磷酸铁锂，在原料中添加导热剂，可以使较大的原料块均匀受热，从而不会出现原料块外层因温度过高反应过度，而内层因温度不够反应不充分的情况，得到的磷酸铁锂物相更为均匀。同时，良好的导热性能还有利于节省能耗，缩短生产周期。加入的有机物分解后产生的碳能够对磷酸铁锂进行更好的包覆。因此，同时加入导热剂和用于碳包覆的有机物，可以使原料受热更迅速均匀，碳包覆效果更好，有利于制备性能稳定的磷酸铁锂。
附图说明
图1为按实例1工艺制得材料的XRD图
图2为按实例1工艺制得材料的20mA/g电流密度下的充放电曲线
图3为按实例2工艺制得的材料的XRD图
图4为按实例2工艺制得的材料的200mA/g电流密度下的充放电曲线
图5为按实例3工艺制得的材料的30mA/g电流密度下的充放电曲线
图6为按实例4工艺制得的材料的80mA/g电流密度下的充放电曲线
具体实施方式
例1：将碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵按物质的量比1∶2∶2混合，得到基础原料。将上述基础原料、蔗糖和导热剂乙炔黑按质量比10∶1∶0.5配比，用乙醇作分散剂充分研磨混合，干燥后10Mpa压成块状，块厚度为1.4cm，置于装有活性炭的坩埚中，在将坩埚置于微波炉中，低火烧结5min。其XRD图见图1，在20mA/g电流密度下的第二次充放电曲线见图2，放电容量可达137mAh/g。
例2：将碳酸锂、乳酸亚铁和磷酸二氢铵按物质的量比1∶2∶2混合，得到基础原料。将上述基础原料、蔗糖和导热剂乙炔黑按质量比10∶0.3∶1配比，用乙醇作分散剂充分研磨混合，干燥后10Mpa压成块状，块厚度为1.2cm，置于装有活性炭的坩埚中，在将坩埚置于微波炉中，低火烧结3min。其XRD图见图3，在200mA/g电流密度下的第二次充放电曲线见图4，放电容量可达111mAh/g。
例3：将氢氧化锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵按物质的量比1∶1∶1混合，得到基础原料。将上述基础原料、淀粉、活性炭按质量比10∶0.3∶1.5配比，用乙醇作分散剂充分研磨混合，干燥后10Mpa压成块状，块厚度为2.2cm，置于装有活性炭的坩埚中，再将坩埚置于微波炉中，低火烧结8min。在30mA/g电流密度下的第五次充放电曲线见图5，放电容量可达144mAh/g。
例4：将碳酸锂、乳酸亚铁和磷酸氢二铵按物质的量比1∶2∶2混合，得到基础原料。将上述基础原料、聚乙烯粉、活性炭按质量比10∶0.5∶1.5配比，用乙醇作分散剂充分研磨混合，干燥后15Mpa压成块状，块厚度为1.7cm，置于装有石墨的坩埚中，再将坩埚置于微波炉中，低火烧结5min。在80mA/g电流密度下的第五次充放电曲线见图5，放电容量可达114mAh/g。
由实施例可以看出，本方法制备的磷酸铁锂由于物相更均匀，并且进行了更好的碳包覆，所以电化学性能大大改善。

Claims (2)

1、一种碳包覆磷酸铁锂的微波合成方法，其特征在于：按物质所提供的锂原子、铁原子和磷酸根原子团数目比1∶1∶1称取碳酸锂或氢氧化锂、草酸亚铁或乙酸亚铁或乳酸亚铁、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵为基础原料，再配入质量占上述基础原料总质量2％-40％的导热剂和质量占上述基础原料总质量0.1％-20％的用于碳包覆的有机物，用无水乙醇作分散剂充分研磨混合，经干燥后压成块状，放入装有活性炭或石墨微波吸收剂的坩埚中，将坩埚置于微波场中辐射加热2-30分钟，制得磷酸铁锂。
2、如权利要求1所述的碳包覆磷酸铁锂的微波合成方法，其特征在于：导热剂包括乙炔黑、活性炭、石墨的单质形式的碳，用于碳包覆的有机物包括聚乙烯的聚烃类化合物或蔗糖、淀粉的糖类化合物，可任选其中的一种。
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