一种高性能磷酸亚铁锂的合成方法

摘要

本发明公开了一种高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于包括以下步骤：按照元素摩尔比Li∶Fe∶P＝1∶1∶1称取锂源、铁盐、磷酸盐，按照元素摩尔比Li∶C大于1∶1称取碳源，将混合物粉碎均匀搅拌后，在非空气或非氧化性气氛中，加热，在500～1000℃恒温焙烧1～100小时，冷却，制得磷酸亚铁锂粉末。与现行技术比较，本发明制得磷酸亚铁锂，有效地提高磷酸亚铁锂的比容量和振实密度，提高磷酸亚铁锂产品质量。

权利要求

1.一种高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于包括以下步骤：按照元素摩尔比Li：Fe：P=1：1：1称取锂源、铁盐、磷酸盐，按照元素摩尔比Li：C不小于2：1称取碳源，将混合物粉碎均匀搅拌后，在氮气气氛、氩气气氛，或者氮气与氢气的混合气氛中，加热，在

500～1000℃恒温焙烧1～100小时，冷却，制得碳含量为0的磷酸亚铁锂粉末。

2.根据权利要求1所述的高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于所述的磷酸盐可以为磷酸二氢铵、磷酸铁、磷酸氢二铵。

3.根据权利要求1所述的高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于所述的锂源可以是碳酸锂、氢氧化锂、磷酸氢二锂、草酸锂。

4.根据权利要求1所述的高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于所述的铁盐可以是乙酸铁、硫酸铁、硝酸铁、磷酸铁。

5.根据权利要求1所述的高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于所述的碳源可以是蔗糖、葡萄糖、淀粉。

6.根据权利要求1所述的高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于所述的加热方式，升温速率1～30℃/min。

7.根据权利要求1所述的高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于所述的冷却方式，降温速率1～20℃/min。

8.根据权利要求1所述的高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于所述冷却方式为自然冷却。

说明书

一种高性能磷酸亚铁锂的合成方法

技术领域

[0001] 本发明是关于一种锂离子电池材料的合成方法，尤其是关于一种高性能磷酸亚铁锂的合成方法。

背景技术

[0002] 锂离子电池自上世纪九十年代初问世以来，作为绿色高能电源因其能量密度高、循环性好和自放电率低等特点，在近十几年来受到广泛重视。目前，主要应用于锂离子电池的正极材料是嵌锂过渡金属氧化物，1997年，Goodenough研究小组首次报道了橄榄石型的磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用于锂离子电池正极材料，用该物质作为锂离子电池正极材料具有较高的理论比容量(170mAh/g)，在3.4V左右有平稳的放电平台，且同时具有无毒、对环境友好、原材料来源丰富、循环性能好的特质，近年来国际上普遍认可LiFePO4是高能动力电池的最佳新型正极材料。为了提高电导率和组织磷酸亚铁锂颗粒长大，在一些合成方法中提出了对磷酸亚铁锂进行碳包覆，例如公开号为CN 1821062A的中国发明专利《一种包覆碳的磷酸亚铁锂的制备方法》，以及公开号为CN 102263248A的中国发明专利《一种制备碳包覆的纳米磷酸亚铁锂的方法》。碳包覆有以下缺陷：①造成比容量下降；②导致振实密度降低；③由于磷酸亚铁锂一般都需要纳米化，导致碳包覆很难做到均以稳定，使产品一致性比较难控制；④碳的包覆增加了材料的吸水性，给电池的制作工艺带来了更大的困难。总而言之，碳包覆有一定的可行性，但是在工业化生产中的弊端也是难以避免的。

发明内容

[0003] 本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种可有效地提高磷酸亚铁锂的比容量和振实密度的磷酸亚铁锂合成方法。

[0004] 本发明解决其技术问题的技术方案是：一种高性能磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于包括以下步骤：按照元素摩尔比Li∶Fe∶P＝1∶1∶1称取锂源、铁盐、磷酸盐，按照元素摩尔比Li∶C大于1∶1称取碳源，将混合物粉碎均匀搅拌后，在非空气或非氧化性气氛中，加热，在500～1000℃恒温焙烧1～100小时，冷却，制得磷酸亚铁锂粉末。

[0005] 上述的磷酸盐可以为磷酸二氢铵、磷酸铁、磷酸氢二铵。

[0006] 上述的锂源可以是碳酸锂、氢氧化锂、磷酸氢二锂、草酸锂。

[0007] 上述的铁源可以是氧化铁、乙酸铁、硫酸铁、硝酸铁、磷酸铁。

[0008] 上述的碳源可以是蔗糖、葡萄糖、淀粉。

[0009] 上述的加热方式，升温速率1～30℃/min。

[0010] 上述的冷却方式，降温速率1～20℃/min。

[0011] 上述的冷却方式，也可以为自然冷却。

[0012] 上述的非空气或非氧化性气氛为氮气与氢气的混合气体。

[0013] 与现行技术比较，本发明制得磷酸亚铁锂，有效地提高磷酸亚铁锂的比容量和振实密度，提高磷酸亚铁锂产品质量。

附图说明

[0014] 图1是对照例所产生的磷酸亚铁锂的放电比容量图。

[0015] 图2是本发明实施例1所产生的磷酸亚铁锂的放电比容量图。

[0016] 图3是本发明实施例1所产生的磷酸亚铁锂的X射线衍射图。

[0017] 图4是本发明实施例1所产生的磷酸亚铁锂的扫描电镜图。

具体实施方式

[0018] 实施方案：为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对本发明无任何限制。

[0019] 对照例：首先按照元素摩尔比nLi∶nFe∶nP＝1∶1∶1，称取Li2CO3和FePO4·2H2O，以Li2CO3的Li元素为基准，按照元素摩尔比Li∶C＝1∶5称取蔗糖，保证碳过量，在三维混合机中混合时间为0.5h，把混合物在混合气氛下(氮气90％+氢气10％)于700℃恒温5个小时(升温速率为20℃/min)，自然冷却，合成碳包覆的磷酸亚铁锂，图1为对照例所产生的磷酸亚铁锂的放电比容量图。测量振实密度为0.9，含水量为0.5％。

[0020] 实施例1：首先按照元素摩尔比nLi∶nFe∶nP＝1∶1∶1，称取Li2CO3和FePO4·2H2O，以Li2CO3的Li元素为基准，按照元素摩尔比Li∶C＝1.01∶1称取蔗糖，在三维混合机中混合时间为0.5h，把混合物在混合气氛下(氮气90％+氢气10％)于700℃恒温5个小时(升温速率为20℃/min)，自然冷却，合成磷酸亚铁锂，研磨，经过碳硫测试仪测量后，其中碳含量为零。测量振实密度为1.3，含水量为0.1％。图2为本发明实施例1所产生的磷酸亚铁锂的放电比容量图；图3是本发明实施例1所产生的磷酸亚铁锂的X射线衍射图；图4是本发明实施例1所产生的磷酸亚铁锂的扫描电镜图。在该种元素配比中，FePO4·2H2O与Li2CO3以及碳源反应生成了LiFePO4、CO以及H2O，碳源的加入有助于减小晶粒，并在制备过程中起到一定的还原作用，终产品为磷酸亚铁锂粉末，由于无碳包覆，故而比容量和振实密度均高于碳包覆下的磷酸亚铁锂。氮气与氢气的混合气氛有助于合成磷酸亚铁锂。

[0021] 实施例2：首先按照元素摩尔比nLi∶nFe∶nP＝1∶1∶1，称取氢氧化锂、氧化铁、磷酸二氢铵，以氢氧化锂的Li元素为基准，按照元素摩尔比Li∶C＝10∶1称取葡萄糖，在三维混合机中混合时间为1h，把混合物在氩气气氛下于500℃恒温100个小时(升温速率为1℃/min)，然后冷却(降温速率为1℃/min)，合成磷酸亚铁锂，研磨，经过碳硫测试仪测量后，其中碳含量为零。

[0022] 实施例3：首先按照元素摩尔比nLi∶nFe∶nP＝1∶1∶1，称取磷酸氢二锂、磷酸二氢铵和乙酸铁，按照元素摩尔比Li∶C＝50∶1称取淀粉，在三维混合机中混合时间为1h，把混合物在混合气氛下(氮气80％+氢气20％)于800℃恒温20个小时(升温速率为10℃/min)，然后冷却(降温速率为5℃/min)，合成磷酸亚铁锂，研磨，经过碳硫测试仪测量后，其中碳含量为零。

[0023] 实施例4：首先按照元素摩尔比nLi∶nFe∶nP＝1∶1∶1，称取草酸锂、硫酸铁、磷酸氢二铵，按照元素摩尔比Li∶C＝2∶1称取淀粉，在三维混合机中混合时间为0.5h，把混合物在氮气气氛下于900℃恒温60个小时(升温速率为25℃/min)，然后冷却(降温速率为20℃/min)，合成磷酸亚铁锂，研磨，经过碳硫测试仪测量后，其中碳含量为零。

[0024] 实施例5：首先按照元素摩尔比nLi∶nFe∶nP＝1∶1∶1，称取碳酸锂、硝酸铁、磷酸氢二铵，按照元素摩尔比Li∶C＝100∶1称取蔗糖，在三维混合机中混合时间为0.8h，把混合物在混合气氛下(氮气50％+氢气50％)于1000℃恒温1个小时(升温速率为30℃/min)，然后自然冷却，合成磷酸亚铁锂，研磨，经过碳硫测试仪测量后，其中碳含量为零。

[0025] 需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。