一种纳米磷酸铁锂及其制备方法技术

一种纳米磷酸铁锂及其制备方法，涉及锂电池技术领域。纳米磷酸铁锂的制备方法包括：将纳米片状磷酸铁、锂源、有机溶剂、羧酸源和表面活性剂混合进行湿法球磨形成混合物；在惰性气体的保护下，将混合物在温度为120‑200℃的条件下保温40‑100min后，升温至680‑720℃保温10‑13h，锂源为碳酸锂、氢氧化锂或草酸锂，有机溶剂为乙二醇或多元醇，纳米片状磷酸铁、锂离子、有机溶剂、羧酸和表面活性剂的摩尔比为1:1‑1.05:1‑3:0.2‑1:0.005‑0.05。其工艺简单，且能制备得到电化学性能好的磷酸铁锂。一种纳米磷酸铁锂，由上述的纳米磷酸铁锂的制备方法制备得到。其具有导电率较好的特点。

Nanometer lithium iron phosphate and its preparation method

The invention relates to a nanometer lithium iron phosphate and a preparation method thereof, which relates to the lithium battery technology field. Including the preparation method of nano lithium iron phosphate nano flake iron phosphate, lithium source, organic solvent, acid source and surfactant mixed by wet milling to form a mixture; under the protection of inert gas, the mixture at a temperature of 120 DEG C 200 under the condition of 40 100min insulation, heating to 680 720 DEG C for 10 13h, lithium source for lithium carbonate, lithium hydroxide or lithium oxalate, organic solvent as ethylene glycol or polyol, the molar ratio of nano scale iron phosphate, lithium ion, organic solvent, acid and surfactant for 1:1 1.05:1 3:0.2 1: 0.005 0.05. The process is simple and can be used for the preparation of LiFePO4 with good electrochemical performance. A nanometer lithium iron phosphate is prepared by the preparation method of the nanometer lithium iron phosphate. It has better conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米磷酸铁锂及其制备方法
本专利技术涉及锂电池
，且特别涉及一种纳米磷酸铁锂及其制备方法。
技术介绍
磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。磷酸铁锂电池不含有任何金属和稀有金属，无毒、无污染，十分环保。另外磷酸铁锂电池具有高温性能好、容量大、无记忆效应、重量轻等优点而被广泛应用。磷酸铁锂的制备方法主要有高温固相法、液相共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。采用高温固相法，通常是将有机碳源、磷源和铁源混合均匀后，在高温下烧制成磷酸铁锂。但通常制备得到的磷酸铁锂电化学性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米磷酸铁锂的制备方法，此制备方法工艺简单，且能制备得到电化学性能好的纳米磷酸铁锂。本专利技术的另一目的在于提供一种纳米磷酸铁锂，其具有导电率较好的特点。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。一种纳米磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：将纳米片状磷酸铁、锂源、有机溶剂、羧酸源和表面活性剂混合进行湿法球磨形成混合物；在惰性气体的保护下，将混合物在温度为120-200℃的条件下保温40-100min后，升温至680-720℃保温10-13h。锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或草酸锂，有机溶剂包括乙二醇或多元醇，纳米片状磷酸铁、锂源中的锂离子、有机溶剂、羧酸源中的羧酸以及表面活性剂的摩尔比为1:1-1.05:1-3:0.2-1:0.005-0.05。一种纳米磷酸铁锂，由上述的纳米磷酸铁锂的制备方法制备得到。本专利技术实施例的一种纳米磷酸铁锂及其制备方法的有益效果是：纳米磷酸铁锂的制备方法中，以乙二醇或多元醇为有机溶剂，将片状纳米磷酸铁、锂源和羧酸、表面活性剂溶解在溶剂中，先进行湿法球磨，将片状纳米磷酸铁、锂源和羧酸、表面活性剂在有机溶剂中充分混合溶解，粒径变小，有利于反应的进行。片状纳米磷酸铁、锂源、有机溶剂和羧酸、表面活性剂形成的混合物在温度为120-200℃的条件下保温40-100min后，能充分地熔化成流体状态，不同的物质之间因为其流动状态会相互渗透。然后升温至680-720℃保温10-13h后，由于羧酸源中的羧酸的络合分散作用，片状纳米磷酸铁与锂源发生络合反应生成纳米磷酸铁锂。锂源由碳酸锂、氢氧化锂或草酸锂提供，没有引入其他杂质。一种纳米磷酸铁锂，由上述的纳米磷酸铁锂的制备方法制备得到。其具有导电率较好的优点。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的一种纳米磷酸铁锂及其制备方法进行具体说明。一种纳米磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：将纳米片状磷酸铁、锂源、有机溶剂、羧酸源和表面活性剂混合进行湿法球磨形成混合物。锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或草酸锂，没有引入其他杂质。有机溶剂包括乙二醇或多元醇。纳米片状磷酸铁、锂源中的锂离子、有机溶剂、羧酸源中的羧酸和表面活性剂摩尔比为1:1-1.05:1-3:0.2-1:0.005-0.05。有机溶剂包括乙二醇或多元醇，将磷酸铁、锂源和羧酸源溶解在有机溶剂中，先进行湿法球磨，将磷酸铁、锂源和羧酸源在有机溶剂中充分混合溶解，各组分粒径变小，有利于反应的进行。然后在惰性气体的保护下，将混合物在温度为120-200℃的条件下保温40-100min后，升温至680-720℃保温10-13h。纳米磷酸铁锂的制备方法中，以乙二醇或多元醇为有机溶剂，将片状纳米磷酸铁、锂源和羧酸源、表面活性剂溶解在溶剂中，先进行湿法球磨，将片状纳米磷酸铁、锂源和羧酸源、表面活性剂在有机溶剂中充分混合溶解。片状纳米磷酸铁、锂源、有机溶剂和羧酸源、表面活性剂形成的混合物在温度为120-200℃的条件下保温40-100min后，能充分地熔化成流体状态，不同的物质之间因为其流动状态会相互渗透。然后升温至680-720℃保温10-13h后，由于羧酸源中的羧酸的络合分散作用，片状纳米磷酸铁与锂源发生络合反应生成纳米磷酸铁锂。进一步地，羧酸源包括由草酸和柠檬酸的至少一种提供。在本实施例中，羧酸源均只采用了一种，在其他实施例中，可以将草酸和柠檬酸的混合物作为羧酸源。进一步地，表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、聚山梨酯和烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。其中，聚山梨酯，别称吐温80。烷基酚聚氧乙烯醚，别称为OP-10。在本专利技术的实施例中，纳米磷酸铁锂采用以纳米片状磷酸铁为前驱体原料。磷酸铁的结构、形貌和性质会直接影响到磷酸铁锂电池的性能。磷酸铁的制备方法中，若在反应体系中带入了杂质离子，尤其是酸根离子的存在会大大地降低磷酸铁锂的性能。进一步地，纳米片状磷酸铁主要由以下步骤制得：将铁源、磷源、络合剂混合后，缓慢加入双氧水在70-100℃温度下反应100-400min，反应体系的pH值为1.2-4，双氧水的质量浓度为20-30％，其中，反应体系中的铁元素、磷酸根、络合剂与双氧水的摩尔比为1:1-1.6:0.01-0.05:0.5-2.0。铁源、磷源、络合剂与双氧水在温度为70-100℃，pH值为1-4的反应体系中发生络合反应可以得到磷酸铁晶种。在双氧水缓慢加入的过程中，磷酸铁为逐渐生成的过程，后期生成的磷酸铁以磷酸铁晶种为核生长，最终生成片状的磷酸铁。整个反应体系成酸性，会抑制磷酸铁中的Fe3+发生水解反应，保证了最终磷酸铁的产品质量。优选地，反应体系的pH值为2-3，反应体系的pH值是通过加入磷酸进行调节的。另外，反应时间为100-400min，有充足的时间使得磷酸铁陈化、生长。在反应生成磷酸铁的过程中，过量的双氧水能够使得亚铁离子全部被氧化成Fe3+，而避免生成物中有亚铁离子的存在而影响磷酸铁的性能。优选地，铁源包括由醋酸铁、醋酸亚铁、磷酸亚铁以及磷酸二氢亚铁中的至少一种提供。磷源包括由磷酸亚铁、磷酸二氢亚铁和磷酸中的至少一种提供。在整个反应过程中，均没有引入其他杂质离子，如酸根离子、钠离子、钾离子和氯离子等。当选用磷酸亚铁或磷酸二氢亚铁时，两者均能能同时充当磷源和铁源。优选地，铁元素、磷酸根、络合剂与双氧水的摩尔比为1:1.1-1.5:0.02-0.04:0.8-1.5。该比例范围是经过专利技术人的创造性思维以及经验得到的优选值，利用摩尔比为1:1.1-1.5:0.02-0.04:0.8-1.5的铁元素、磷酸根、络合剂与双氧水进行反应，能够得到质量更好的片状磷酸铁。进一步地，在本专利技术的实施例中，醋酸铁主要由以下制备方法制得：将羰基铁粉与醋酸、双氧水混合在60-80℃的温度下反应。羰基铁粉是通过一氧化碳与铁在高温高压下反应，生成五羰基铁油状物，经低压分离后得到产品。羰基铁粉具有粒度小、活性大的特点，其能够快速吸收能量使得反应快速发生。羰基铁粉呈洋葱球状，粒度为10μm以下，羰基铁粉与醋酸在60-80℃的温度下能快速发生反应生成醋酸亚铁，醋酸亚铁在双氧水的作用下反应生成醋酸铁，由于羰基铁粉活性较高，因此反应速度较快。需要说明的是，其他实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：将纳米片状磷酸铁、锂源、有机溶剂、羧酸源和表面活性剂混合进行湿法球磨形成混合物；在惰性气体的保护下，将所述混合物在温度为120‑200℃的条件下保温40‑100min后，升温至680‑720℃保温10‑13h，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或草酸锂，所述有机溶剂包括乙二醇或多元醇，所述纳米片状磷酸铁、所述锂源中的锂离子、所述有机溶剂、所述羧酸源中的羧酸以及表面活性剂的摩尔比为1:1‑1.05:1‑3:0.2‑1:0.005‑0.05。

【技术特征摘要】
1.一种纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：将纳米片状磷酸铁、锂源、有机溶剂、羧酸源和表面活性剂混合进行湿法球磨形成混合物；在惰性气体的保护下，将所述混合物在温度为120-200℃的条件下保温40-100min后，升温至680-720℃保温10-13h，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或草酸锂，所述有机溶剂包括乙二醇或多元醇，所述纳米片状磷酸铁、所述锂源中的锂离子、所述有机溶剂、所述羧酸源中的羧酸以及表面活性剂的摩尔比为1:1-1.05:1-3:0.2-1:0.005-0.05。2.根据权利要求1所述的纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，所述羧酸源包括由草酸和柠檬酸的至少一种提供。3.根据权利要求1所述的纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、聚山梨酯和烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。4.根据权利要求1所述的纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，所述纳米片状磷酸铁主要由以下步骤制备得到：将铁源、磷源、络合剂混合后，缓慢加入双氧水在70-100℃温度下反应100-400mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：游坚真，李上奎，王兵，李博，邹海平，朱敏峰，
申请(专利权)人：江西悦安超细金属有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36