一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，属于锂离子电池电极材料技术领域。在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：x溶于水形成溶液或悬浮液，其中1.1≤x≤2，溶液或悬浮液中锂离子的浓度为0.1~2mol/l；将得到的溶液或悬浮液调节pH为6~10，然后在温度为160~220℃下反应2~20h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、烘干得到LiMPO4正极材料。本方法配料时锂不过量，而是采用价格便宜的磷过量，通过水热反应合成高结晶度的LiMPO4正极材料。

Method for preparing olivine type phosphate positive electrode material

The invention relates to a method for preparing olivine type phosphate positive electrode material, which belongs to the technical field of electrode material of lithium ion battery. At room temperature, the lithium source, a metal salt and phosphorus source in accordance with the Li:M:P ratio of 1:1:x solution to form a solution or suspension in water, and 1.1 = x = 2, the concentration of lithium ion solution or suspension is 0.1~2mol/l; the solution or suspension of the regulation of pH is 6~10, then the reaction of 2~20h 160~220 C as in temperature, cooling and filtering products after the reaction after washing and drying of LiMPO4 cathode materials. In this method, the amount of lithium is not excessive, but the cheap phosphorus excess is used, and the high crystallinity LiMPO4 cathode material is synthesized by hydrothermal reaction.

【技术实现步骤摘要】
一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法
本专利技术涉及一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，属于锂离子电池电极材料

技术介绍
作为锂离子电池正极材料，橄榄石型磷酸盐材料LiMPO4（M=Fe，Mn，Co，Ni）自1997年首次报道以来受到了极大的关注，它们具有原料来源广泛、稳定性好和安全性高的优点，具有很好的应用前景。LiFePO4具有3.4V电压平台，多年前已经实现商业化应用；LiMnPO4具有4.1V电压平台，目前世界各国正在进行商业化试验；而LiCoPO4和LiNiPO4具有更高的电压平台，分别为4.8V和5.1V左右，但由于商品化电解液电化学窗口的限制，目前还缺乏商业化应用的条件。然而，不管是可商业化应用的LiFePO4和LiMnPO4，还是高电压的LiCoPO4和LiNiPO4，它们的性能与材料的制备方法有密切的关系。制备LiMPO4材料的方法很多，比如固相法、溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法等，不同制备方法所得LiMPO4材料性能差异很大。目前工业化生产采用的是固相法和水热法，其中水热法具有在低温下即可制备高结晶度LiMPO4材料的优点，但目前报道的水热合成工艺都是配料时锂过量，使得水热反应后溶液中残留大量未反应的锂盐，而配料用的电池级锂盐价格高，锂不回收处理将造成巨大的浪费，而回收处理要得到电池级锂盐却很困难，需要额外增加专门的处理环节，因此过量的锂无论回收与否都将显著增加水热法制备的成本。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法。本方法配料时锂不过量，而是采用价格便宜的磷过量，通过水热反应合成高结晶度的LiMPO4正极材料，本专利技术通过以下技术方案实现。一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：x溶于水形成溶液或悬浮液，其中1.1≤x≤2，溶液或悬浮液中锂离子的浓度为0.1~2mol/L；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液调节pH为6~10，然后在温度为160~220℃下反应2~20h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、烘干得到LiMPO4正极材料。所述步骤（1）中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、硫酸锂或氯化锂。所述步骤（1）中金属盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、氯化锰、硫酸锰、硫酸钴、氯化钴、氯化镁、硫酸镁中的一种或几种任意比例混合物。所述步骤（1）中磷源为磷酸二氢锂、磷酸氢二钾、磷酸中的一种或两种任意比例混合物所述步骤（2）中调节pH加入的试剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。本专利技术的有益效果是：本方法配料时采用廉价的磷过量，取代过去价格昂贵的锂源过量，水热反应后溶液中的磷酸盐简单回收卖给化工厂即可，不仅可以降低原料成本而且可以简化水热反应后溶液的处理工艺，从而整体上可以有效降低材料制备成本。附图说明图1是本专利技术实施例1制备得到的LiFePO4正极材料的XRD图；图2是本专利技术实施例2制备得到的LiMnPO4正极材料的XRD图；图3是本专利技术实施例4制备得到的LiMn0.8Fe0.2PO4正极材料XRD图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1该制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：Fe：P的摩尔比为1：1：1.1溶于水形成悬浮液，悬浮液中锂离子的浓度为0.1mol/L；其中锂源为硫酸锂，金属盐为硫酸亚铁，磷源为磷酸氢二钾；（2）将步骤（1）得到的悬浮液调节pH为6（加入氢氧化钠溶液），然后在温度为200℃下反应10h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、在80℃下烘干得到LiFePO4正极材料。制备得到的LiFePO4正极材料XRD如图1所示，从图1中可以看出制备得到的LiFePO4正极材料为单一的橄榄石型相，并且具有很好的结晶度。实施例2该制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：Mn：P的摩尔比为1：1：1.5溶于水形成悬浮液，其中悬浮液中锂离子的浓度为2mol/L；其中锂源为氢氧化锂，金属盐为硫酸锰，磷源为磷酸；（2）将步骤（1）得到的悬浮液调节pH为9（加入氢氧化钠溶液），然后在温度为200℃下反应10h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、在120℃下烘干得到LiMnPO4正极材料。制备得到的LiMnPO4正极材料XRD如图2所示，从图2中可以看出制备得到的LiMnPO4正极材料为单一的橄榄石型相，并且具有很好的结晶度。实施例3该制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：Co：P的摩尔比为1：1：2溶于水形成悬浮液，其中悬浮液中锂离子的浓度为1mol/L；其中锂源为碳酸锂，金属盐为硫酸钴，磷源为磷酸；（2）将步骤（1）得到的悬浮液调节pH为10（加入氢氧化钠溶液），然后在温度为220℃下反应6h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、在120℃下烘干得到LiCoPO4正极材料。实施例4该制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：1.8溶于水形成溶液，其中溶液中锂离子的浓度为0.5mol/L；其中锂源为氯化锂，金属盐为摩尔比8:2的氯化锰和氯化亚铁，磷源为磷酸；（2）将步骤（1）得到的溶液调节pH为6（加入氢氧化钠溶液），然后在温度为180℃下反应15h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、在100℃下烘干得到LiMn0.8Fe0.2PO4正极材料。制备得到的LiMn0.8Fe0.2PO4正极材料XRD如图3所示，从图3中可以看出制备得到的LiMn0.8Fe0.2PO44正极材料为单一的橄榄石型相，并且具有很好的结晶度。实施例5该制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：1.4溶于水形成溶液，其中溶液中锂离子的浓度为0.8mol/L；其中锂源和磷源为磷酸二氢锂，金属盐为摩尔比95:5的硫酸亚铁和硫酸镁；（2）将步骤（1）得到的溶液调节pH为7.5（加入氢氧化钠溶液），然后在温度为200℃下反应10h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、在80℃下烘干得到LiFe0.95Mg0.05PO4正极材料。实施例6该制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：2溶于水形成悬浮液，其中悬浮液中锂离子的浓度为1.5mol/L；其中锂源为氯化锂，金属盐为摩尔比98:2的氯化钴和氯化镁，磷源为磷酸氢二钾；（2）将步骤（1）得到的悬浮液调节pH为9（加入氢氧化钾溶液），然后在温度为160℃下反应20h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、在120℃下烘干得到LiCo0.98Mg0.02PO4正极材料。实施例7该制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：1.2溶于水形成悬浮液，其中悬浮液中锂离子的浓度为1mol/L；其中锂源为氯化锂，金属盐为摩尔比80:19:1的氯化锰、氯化铁和氯化镁，磷源为磷酸氢二钾；（2）将步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：x溶于水形成溶液或悬浮液，其中1.1≤x≤2，溶液或悬浮液中锂离子的浓度为0.1~2mol/L；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液调节pH为6~10，然后在温度为160~220℃下反应2~20h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、烘干得到LiMPO4正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）在室温下，将锂源、金属盐和磷源按照Li：M：P的摩尔比为1：1：x溶于水形成溶液或悬浮液，其中1.1≤x≤2，溶液或悬浮液中锂离子的浓度为0.1~2mol/L；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液调节pH为6~10，然后在温度为160~220℃下反应2~20h，反应后的产物冷却过滤后洗涤、烘干得到LiMPO4正极材料。2.根据权利要求1所述的制备橄榄石型磷酸盐正极材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海升，李玲梦，卢小朋，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53