一种球形磷酸铁锂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种球形磷酸铁锂及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)将LiH2PO4和FeSO47H2O以摩尔比1∶1溶于乙二醇中，在真空状态下磁力搅拌至全部溶解；(2)将适量尿素迅速加入上述反应液中，真空状态下继续搅拌，待尿素完全溶解后将反应物迅速转移到聚四氟乙烯反应釜中，200℃下继续反应；(3)反应结束后，将反应物自然冷却、抽滤、洗涤、真空干燥，即得球形磷酸铁锂。该制备方法简单易行、节约环保、无需添加任何的表面活性剂或有机高聚物。由该方法制得的球形磷酸铁锂产品均匀性良好、振实密度较高、具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机功能材料领域，特别涉及一种球形磷酸铁锂及其制备方法。
技术介绍
磷酸铁锂因其比容量高、循环性能好、安全、环保、低成本等优点，有望成为新一代锂离子电池的候选者，特别是在混合动力汽车和电动汽车的应用发面，磷酸铁锂具有其它材料不可比拟的优势。但是，磷酸铁锂低的电子导电性及离子导电性严重阻碍其商业化进程。通常，提高磷酸铁锂导电性的方法有掺杂高价原子、减小颗粒粒径以及形貌构造等。通常，掺杂高价原子，其掺杂效果并不理想；减小颗粒粒径有利于缩短锂离子扩散距离，但是由于小颗粒具有较大的比表面积，颗粒之间的团聚现象十分严重，使得振实密度过低，其体积比容量也因此降低。相对于前几种方法而言，形貌构造有其独特的优势，结合形貌和性能之间的特殊关系，可以设计出一种同时具备多种改性方法优势的形貌。形貌控制具有灵活多变的特点，很多研究工作通过合成一种特定形貌的材料，达到了提高材料性能的目的。球形结构因其振实密度的优势成为很多电池材料研究者的研究对象，电池材料振实密度的提高有利于体积比容量的提高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种由纳米片自组装而成的球形磷酸铁锂及其制备方法。本专利技术以LiH2PO4和FeSO4.7H2O为原料，利用溶剂热法通过纳米片自组装而制成球形的磷酸铁锂。该制备方法简单易行、成本低、产品均匀性良好。该方法制得的球形磷酸铁锂单分散性好、振实密度较高。为了实现上述目的，本专利技术采用的制备球形磷酸铁锂的方法包括以下步骤：(1)将LiH2PO4和FeSO4·7H2O以摩尔比1∶1溶于乙二醇中，在真空状态下磁力搅拌至全部溶解；(2)将适量尿素迅速加入上述反应液中，真空状态下继续搅拌，待尿素完全溶解后将反应物迅速转移到聚四氟乙烯反应釜中，200℃下继续反应；(3)反应结束后，将反应物自然冷却、抽滤、洗涤、真空干燥，即得球形磷酸铁锂。进一步地，将步骤(2)中所述在聚四氟乙烯反应釜中反应的时间限定为24小时。进一步地，将步骤(2)中所述真空干燥的温度限定为80℃。进一步地，所述球形磷酸铁锂由纳米片通过自组装而形成，其振实密度为1.2g·cm-3。本专利技术的效果和优点在于：(1)该制备方法简单易行、节约环保、无需添加任何的表面活性剂或有机高聚物。(2)由该方法制得的球形磷酸铁锂产品均匀性良好、振实密度较高、具有良好的应用前景。附图说明图1为不同溶剂热反应时间下制得的貌磷酸铁锂的电镜图。其中，图1a为反应初段形成的团聚物；图1b为无定型磷酸铁锂；图1c为反应4h后形成的颗粒片；图1d为反应8h后形成的鞍型颗粒；图1e为反应16h后形成的接近球形的颗粒；图1f为反应24h后形成的多孔完整的球形颗粒。图2为溶剂热法合成的LiFePO4样品的XRD图。图3为产物球形LiFePO4的红外光谱图。图4为依据本法制备的球形LiFePO4与片状LiFePO4在0.1C倍率下的容量与体积比容量的对比。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1将0.01molLiH2PO4、0.01molFeSO4·7H2O溶于40ml的乙二醇中，磁力搅拌直至全部溶解；将0.008mol尿素迅速转移至上述反应物中，真空状态下继续搅拌，直至尿素完全溶解后将反应液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，200℃下反应24小时。自然冷却后，抽滤，去离子水和无水乙醇各洗涤两次。真空干燥后得LiFePO4样品。图1为不同溶剂热反应时间下制得的产物的SEM图。在反应的最初阶段，由于溶液中较低的溶解度，产物为由一些细小颗粒组成的团聚物，并且伴有团聚的现象(如图1a)，这些团聚物为无定型(如图1b)的磷酸铁锂前驱体。在高温高压的体系中反应进行到4h时，无定型前驱体经历溶解-沉淀过程，其结构和形貌发生突变。产物中的大量团聚物转变为由少量片状叠加而成的颗粒片(如图1c)，颗粒片的厚度仅为20nm左右。组成颗粒的相邻纳米片之间存在空隙。当反应进行到8h时，在分散粒子表面张力进一步降低的驱使下，产物为由纳米片叠加而成的、两端存在空隙、中心部位没有空隙的鞍型形貌的颗粒(如图1d)。当反应时间延长到16h时，产物为单分散的由纳米片定向叠加而成的接近球形形貌的颗粒(如图1e)。延长反应时间至24h时，所得产物为单分散性良好，由纳米片构成的具有开放多孔的完整球形颗粒(如图1f)。图2为溶剂热法合成的LiFePO4样品的XRD图。产物表现出的所有衍射峰的位置与标准JCPDF卡片(No.81-1173)一一对应。样品衍射峰尖锐，且峰强度高，背底较平整，说明其结晶度比较高。图3为球形LiFePO4的红外光谱图。Li+在LiFePO4中的迁移速率是由颗粒粒度和点缺陷浓度共同决定的。在较低温度下采用溶剂热法合成的磷酸铁锂会自然形成Fe-Li反占位缺陷。反占位缺陷浓度随着反应温度的升高而降低。在充放电过程中其内在通道缺陷阻断锂离子的迁移，从而大大降低电化学性能。通过FTIR吸收实验对LiFePO4的结构进行了研究。其中1628cm-1以及3000-3600cm-1处为水的弯曲振动和O-H的伸缩振动，表明有结晶水的存在。此信号相对较弱，大概是因为水分子绑定到LiFePO4的颗粒表面。800-1200cm-1之间较强的吸收峰是PO43-中P-O键的对称伸缩振动。而500-700cm-1之间较强的吸收峰则归因于Fe-O以及Li-O单元的振动。实施例2图4为按本法制备的球形LiFePO4与片状LiFePO4在0.1C倍率下的容量与体积比容量的对比。其中球形LiFePO4的质量比容量与体积比容量分别为160.1mAh·g-1，224.14mAh·cm-3，而纳米片状LiFePO4的质量比容量与体积比容量分别为164.8mAh·g-1以及131.84mAh·cm-3。纳米材料的堆积密度小，不利于提高其能量密度；比表面积大，导致活性材料表面的副反应多；纳米片之间片与片的严重的无序桥架使得振实密度大大降低。相比而言，球形LiFePO4在保持纳米片状LiFePO4优良电化学性能的基础上，因其振实密度大大提高，达到1.2g·cm-3，因而其体积比容量也有较大提升。综上所述，本专利技术对上述球形磷酸铁锂及其制备方法进行了说明，但是本专利技术不限于此。本领域技术人员应当知道，在不脱离本专利技术的权利要求书所记载的保护范围的情况下可进行任意变更和修改。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备球形磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：(1)将LiH2PO4和FeSO4·7H2O以摩尔比1∶1溶于乙二醇中，在真空状态下磁力搅拌至全部溶解；(2)将适量尿素迅速加入上述反应液中，真空状态下继续搅拌，待尿素完全溶解后将反应物迅速转移到聚四氟乙烯反应釜中，200℃下继续反应；(3)反应结束后，将反应物自然冷却、抽滤、洗涤、真空干燥，即得球形磷酸铁锂。

【技术特征摘要】
1.一种制备球形磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：(1)将LiH2PO4和FeSO4·7H2O以摩尔比1∶1溶于乙二醇中，在真空状态下磁力搅拌至全部溶解；(2)将适量尿素迅速加入上述反应液中，真空状态下继续搅拌，待尿素完全溶解后将反应物迅速转移到聚四氟乙烯反应釜中，200℃下继续反应；(3)反应结束后，将反应物自然冷却、抽滤、洗涤、真空干燥，即得球形磷酸铁锂。2.如权利要求1所述的制备球形磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋媛，唐新村，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43