本发明专利技术公开了一种微波辅助溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的方法，属于能源材料制备技术领域。即将锂源化合物，铁源化合物，络合剂按一定摩尔比溶解于去离子水中配置成混合溶液，磁力搅拌后加入适量磷源水溶液并滴加碱性溶液调节pH值，之后在水浴中继续搅拌得到凝胶，干燥后得到干凝胶；将前驱体放入梯度炉中低温预分解后再置于微波炉中高温烧结获得目标产物磷酸铁锂粉末。本发明专利技术结合了溶胶凝胶法与微波法两者的优点，制备得到的磷酸铁锂无杂相，粉末粒径分布均匀，且该方法工艺简单，制备周期短，不需要惰性气体的保护，成本低廉。
【技术实现步骤摘要】
微波辅助溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂
本专利技术属于能源材料制备
，特别涉及一种微波辅助溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池，具有高电压、高能量密度、低的自放电率、宽的使用温度范围、长的循环寿命、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点。锂离子电池性能的改善，很大程度上决定于电极材料性能的改善，尤其是正极材料。目前研究最广泛的正极材料有LiCoO2、LiN12以及LiMn2O4等，但由于钴元素有毒且资源有限，镍酸锂制备困难，锰酸锂的循环性能和高温性能等因素，制约了它们的应用和发展。因此，开发新型高能廉价的正极材料对锂离子电池的发展至关重要。1997年，Padhi等报道了具有橄榄石结构的磷酸铁锂能够可逆地嵌脱锂，且具有比容量高、循环性能好、电化学性能稳定、价格低廉等特点，是首选的新一代绿色正极材料，特别是作为动力锂离子电池材料。 目前，用于制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的方法主要有高温固相法，水热法，溶胶凝胶法以及微波合成法等。高温固相法工艺简单，易于产业化，但得到的产物粒径分布较宽，形貌也不规则，并且在制备过程中需要惰性气体的保护。而氧气在水热体系中的溶解度很小，为磷酸铁锂的合成提供了优良的惰性环境，因此水热合成不再需要惰性气体保护，产物晶型和粒径易于控制，但水热法需要耐高温高压设备，工业化生产难度较大。溶胶凝胶法能使原料实现分子级别的均匀混合，提高反应活性，降低反应温度，获得均匀分布且粒径较小的产品，从而缩短充放电时锂离子的迁移距离，提高倍率放电性能，但生产周期过长，不利于产业化。微波法和高温固相法类似，只是加热方法有所差别，微波法采用微波加热，在整个微波加热过程中反应物内外是同步加热的，升温迅速，受热均匀，没有温度梯度，缩短了热传导时间，而且微波还可以促进反应物内分子运动加速，增加碰撞几率，提高反应速度，但微波法反应过程不易控制，难以实现工业化生产。
技术实现思路
现有的单一制备方法大都存在着耗时过长，工艺复杂，成本较高等问题。因此，需要专利技术一种工艺简单，成本低廉，耗时短且相组成单一的制备磷酸铁锂的方法。本专利技术结合现有制备方法的优势，提供了一种微波辅助溶胶凝胶法制备磷酸铁锂正极材料。溶胶凝胶法能使原料实现分子水平的混合，微波烧结缩短了材料制备所需要的时间，且烧结过程不需要惰性气体的保护，节约成本的同时简化了合成工艺，便于工业化生产。 本专利技术的技术方案(1)按照Li:Fe:CA=r1.05:1:1的摩尔比称取锂源化合物，铁源化合物和柠檬酸络合剂溶解于去离子水中，磁力搅拌2飞个小时；(2)称取与柠檬酸等摩尔量的磷酸二氢铵溶解于上述溶液中，逐滴加入浓氨水调节溶液邱=2飞，在6(^801水浴中加热搅拌，得到凝胶，干燥；(3)将干凝胶研磨后放入梯度炉中设置20(^3001预分解3飞个小时，自然冷却至室温后取出研磨；(4)将步骤3所得产物埋入盛满用来吸收微波的0203粉末和产生保护气氛的碳粉的坩埚中，三氧化二铬:碳=1:1 (体积比)；(5)将坩埚放入微波炉中，以3501的微波功率加热5?15分钟，加热完毕自然冷却至室温，研磨后得到磷酸铁锂。 所述锂源为醋酸锂、氢氧化锂和硝酸锂中的一种或多种；所述铁源为硝酸铁、氯化铁和柠檬酸铁中的一种或多种；所述磷源为磷酸二氢铵；所述络合剂为柠檬酸。 所述用来吸收微波的材料为0203，产生保护气氛的碳为石墨碳粉。 本专利技术的有益效果本专利技术通过溶胶凝胶法制备磷酸铁锂前驱体，使原料实现分子水平的均匀混合，其中使用的铁源为三价铁源，使用柠檬酸作为还原剂及络合剂，避免了在溶胶凝胶过程中二价铁被氧化的可能性。预分解过程中柠檬酸的分解也能产生还原性气体有效阻止二价铁的氧化，同时分解产生的微量碳能有效阻止磷酸铁锂晶粒的长大，提高其电化学性能。后续微波法热处理过程中，使用石墨碳粉提供的保护气氛防止二价铁的氧化，烧结迅速且降低成本，制备得到的磷酸铁锂晶型完美，粒径分布窄且无杂相。 【附图说明】 图1、磷酸铁锂的父尺0图谱。 图与90111微波烧结得到磷酸铁锂的父即图谱。 图3、磷酸铁锂的透射电镜图。 【具体实施方式】 实施例1:将2.0388醋酸锂，8.0808硝酸铁，4.19?柠檬酸溶解于4001去离子水中得到红棕色混合溶液，邱值为1。室温下磁力搅拌3个小时后，称取2.3028磷酸二氢铵加入到混合溶液中，逐滴加入浓氨水调节溶液邱值并不断搅拌，最终溶液邱为5左右，浓氨水用量为8“。将调节邱值后的溶液置于601水浴中不断搅拌，直至形成凝胶后放入干燥箱中801下干燥12卜得到干凝胶。称取研磨后的磷酸铁锂前驱体2.0008在梯度炉中预分解，设置升温速率51加化，2001保温5卜后自然冷却至室温。取部分预分解处理后的物料(质量为0.2850研磨后埋入盛有三氧化二铬:碳=1:1 (体积比)混合粉末的坩埚中，设置微波功率为3501，加热9-=后自然冷却至室温，取出研磨得到磷酸铁锂产品。制备得到的磷酸铁锂属于正交晶系，空间群为？11池，与标准？0？卡片对比，无杂质峰，所得产物为纯相产物。透射电镜下，磷酸铁锂颗粒粒径分布在20?4011111。 实施例2:将2.0398醋酸锂，8.0888硝酸铁，4.19?柠檬酸溶解于4001去离子水中得到红棕色混合溶液，邱值为1。室温下磁力搅拌3个小时后，称取2.3068磷酸二氢铵加入到混合溶液中，逐滴加入浓氨水调节溶液邱值并不断搅拌，最终溶液邱为5左右，浓氨水用量为8ml。将调节pH值后的溶液置于60°C水浴中不断搅拌，直至形成凝胶后放入干燥箱中80°C下干燥12h得到干凝胶。称取研磨后的磷酸铁锂前驱体1.500g在梯度炉中预分解，设置升温速率5°C /min，200°C保温5h后自然冷却至室温。取部分预分解处理后的物料(质量为 0.266g)研磨后埋入盛有三氧化二铬:碳=1:1 (体积比)混合粉末的坩埚中，设置微波功率为350W，加热5min后自然冷却至室温，取出研磨得到磷酸铁锂产品。制备得到的磷酸铁锂属于正交晶系，空间群为Pnmb，从图2可以看出，其他条件不变时，微波烧结时间由9min缩短为5min时，XRD图谱无明显区别，5min微波烧结制备得到的磷酸铁锂也为纯相产物。 实施例3:将0.442g氢氧化锂，4.038g硝酸铁，2.1Olg柠檬酸溶解于20ml去离子水中得到混合溶液，PH值为I。室温下磁力搅拌2个小时后，称取1.154g磷酸二氢铵加入到混合溶液中，逐滴加入浓氨水调节溶液PH值并不断搅拌，最终溶液pH为6，浓氨水用量为5ml。将调节pH值后的溶液置于60°C水浴中不断搅拌，直至形成凝胶后放入干燥箱中80°C下干燥12h得到干凝胶。称取研磨后的磷酸铁锂前驱体在梯度炉中预分解，设置升温速率5°C /min,200°C保温5h后自然冷却至室温。取部分预分解处理后的物料研磨后埋入盛有三氧化二铬:碳=1: I (体积比)混合粉末的坩埚中，设置微波功率为350W，加热9min后自然冷却至室温，取出研磨得到磷酸铁锂产品。本文档来自技高网...
【技术保护点】
微波辅助溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）按照Li：Fe：CA=1~1.05：1：1的摩尔比称取锂源化合物，铁源化合物和柠檬酸络合剂溶解于去离子水中，磁力搅拌2~5个小时；（2）称取与柠檬酸等摩尔量的磷酸二氢铵溶解于上述溶液中，逐滴加入浓氨水调节溶液pH=2~6,在60~80℃水浴中加热搅拌，得到凝胶，干燥；（3）将干凝胶研磨后放入梯度炉中设置200~300℃预分解3~6个小时，自然冷却至室温后取出研磨；（4）将步骤3所得产物埋入盛满用来吸收微波的Cr2O3粉末和产生保护气氛的碳粉的坩埚中，三氧化二铬：碳=1:1（体积比）；（5）将坩埚放入微波炉中，以350W的微波功率加热5~15分钟，加热完毕自然冷却至室温，研磨后得到磷酸铁锂。
【技术特征摘要】
1.微波辅助溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)按照Li:Fe:CA=r1.05:1:1的摩尔比称取锂源化合物，铁源化合物和柠檬酸络合剂溶解于去离子水中，磁力搅拌2飞个小时； (2)称取与柠檬酸等摩尔量的磷酸二氢铵溶解于上述溶液中，逐滴加入浓氨水调节溶液pH=2飞，在6(T80°C水浴中加热搅拌，得到凝胶，干燥； (3)将干凝胶研磨后放入梯度炉中设置20(T30(TC预分解3飞个小时，自然冷却至室温后取出研磨； (4)将步骤3所得产物埋入盛满用来吸收微波的Cr2O3粉末和产生保护气氛的碳粉的坩埚中，三氧化二铬:碳=1:1 (体积比)； (5)将坩埚放入微波炉中，以350W的微波功率加热5?15分钟，加热完毕自然冷却至室温，研磨后得到磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述微波辅助溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于:所述锂源为醋酸锂、氢氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：李友芬，陈晨，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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