本发明专利技术涉及一种具有（０２０）取向的薄片状ＬｉＦｅＰＯ↓［４］纳米晶粉体及其制备方法。薄片状晶体尺寸在２００纳米－５微米，厚度在５０纳米－５００纳米之间。具体制备方法是：把廉价的水溶性亚铁盐，氢氧化锂分别在不同容器中用蒸馏水溶解，将浓磷酸用蒸馏水稀释。然后将水溶性亚铁盐溶液和磷酸溶液混合，再在强力搅拌下缓慢倒入氢氧化锂溶液。水溶性亚铁盐、磷酸和氢氧化锂用量控制为摩尔比１∶１∶（２．５－３）。最后将三者混合的产物转移到水热反应釜里在１２０－２２０℃保温１－１０小时，取出放冷，过滤，干燥得到最终产物。本发明专利技术可以在较低温度下合成纯的ＬｉＦｅＰＯ↓［４］，并且合成的纳米晶具有明显的（０２０）取向，具有该取向的薄片状纳米晶含有发达的锂离子抽出／插入通道，本发明专利技术可用作锂离子电池正极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磷酸盐型锂离子电池正极材料及其制备方法，具体为具有(020) 取向的薄片状LiFeP04纳米晶粉体及其水热合成方法。技术背景锂离子电池是新一代的绿色高能可充电电池，具有电压高、會巨量密度大、充 %/放电循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度区间宽等众多优点，目前 广泛应用在笔记本电脑、手机、录像机、电子仪表等便携式电子产品领域。锂离 子电池由正极、负极、电解液及高分子多孔隔膜等部件构成，决定锂离子电池性 能的因素主要包括正极、负极材料的性能，尤其是正极材料的性能。具有正交橄 榄石结构的LiFeP04是新型的锂离子电池正极材料。初歩的研究结果表明，该新 型正极材料集中了LiCo02、 LiNi02、 LiMn204及其衍生物正极材料的各自特点 不含贵重元素、原料廉价、资源丰富、工作电压适中(3.4 V)、电压平稳(平台 特性好)、理论容量大(170 mAh/g)、晶体结构稳定、安全性能极佳(磷酸根 以强共j，牢固结合，使材料很难析氧分解)、高温热稳定性明显优于已知的其 它正极材料、充*/放电循环性能好、充电时体积縮小、和碳负极材料配合时的体 积效应好、与大多数电解液系统相容性好、储存性能好、无毒，为真正的纟絶材 料。与LiCo02、 LiNi02、 LiMn204及其衍生物正极材料相比，LiFeP04正极材料 在成本、高温性能、安全性方面具有突出的优势，可望成为中大容量、中高功率 锂离子电池首选的正极材料。LiFeP04作为锂离子电池正极材料的研究始于1997年，文献1: J. Electrochem. Soc,Vo1.144,1188—1194 (1997)首先t艮道了具有橄榄石结构的LiFeP04具备作为 锂离子电池正极材料的特征。LiFeP04晶体结构具有明显的各向异性，通过对 LiFeP04晶体结构分析发现，平行于y轴方向，即沿方向是锂离子抽出循入 的便捷通道(参见图la-c)。在充电过程中，锂离子沿通道从LiFeP04中抽出，发 生从LiFeP04到FeP04的相变；在放电过程中，锂离子^il道插入FeP04，发生从FeP04到LiFeP04的相变。最近，文献2: Chem. Mater., Vol.19,2108-2111 (2007) 报道了放电过程中从FeP04到LiFeP04的相变动力学，发现是一维过程，而不是 过去认为的三维过程。这就意味着，锂离子抽出/插入的便捷通道沿着方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有(020)取向薄片状LiFeP04纳米晶的制备方 法。通常晶tt生长过程中，不同的晶面生长需要不同的能量，需要能量较低的 晶面生长较快，结果生成的晶体具有取向。所谓(020)取向是指晶体在生长过程 中(020)晶面生长决，生成的晶体呈薄片状，薄片平行于(020)晶面。(020) 取向薄片状LiFeP04纳米晶具有发达的锂离子抽出維入的便捷通道。本专利技术的技术方案水热合成具有发达的锂离子抽出瓶入便捷M的薄片状LiFeP04纳米晶，薄 片状晶体尺寸在200纳米-5微米，厚度在50纳米-500纳米之间。所述具有发达的锂离子抽出維入便捷通道的薄片状LiFeP04纳米晶的水热合 成方法，以廉价的水溶性亚皿(硫酸亚铁，氯化亚铁)，磷酸，氢氧化锂为原料。 7乂溶性亚铁盐、磷酸用量和氢氧化锂控制为摩尔比h h (2.5-3)。原料溶于水 后再混合，混合后的产物在水热反应釜里处理。处理温度120"220。C，处理时间 1-10小时。本专利技术的优点是1、 本专利技术方法可制备片状晶；2、 本专利技术可控制片状晶沿(020)取向，具有该取向的薄片状LiFeP04纳米 晶具有发达的锂离子抽出循入便捷通道；3、 本专利技术与高温固态反应法(文献l)比较，本专利技术在低温通过7jC热反应合 成目标产物，7K热反应温度在120-220。C之间，可大幅度节约能源；4、 本专利技术水热反应时间在1-10小时之间；5、 本专利技术可通过优化处理M^和时间来精确控制LiFeP04片状纳米晶的大小和厚度。本专利技术提供了一种制备具有(020)取向的薄片状LiFeP04纳米晶的水热合成 方法。具有该取向的薄片状LiFeP04纳米晶具有发达的锂离子抽出/插入的便捷通 道。采用具有(020)取向薄片状LiFeP04纳米晶作为锂离子电池正极材料有利于 提高电池的容量和充E6/放电循环性能。附图说明图la为LiFeP04沿y轴方向投影图。锂离子沿y轴方向，艮卩方向，具 有最便捷的抽出循AiI道;图lb为LiFeP04沿z轴方向投影图；图lc为LffeP04 沿x轴方向投影图。图2a为制备样品的X-射线衍射分析结果；图2b为计算模拟的X-射线衍射结果。图3为扫描电镜照片，显示片状形貌。图4a为邀寸电镜照片，显示结晶体有规则的结晶形貌；图4b为高分辨照片 及其傅立叶变换图，清晰地揭示了片状晶是(020)取向，即片状晶的方向垂直纸面。图5a-图5d为计算模拟的具有不同取向的LiFeP04晶形貌。模拟的具有(020) 取向的结晶体形貌与透射电镜观察的结果吻合。 具体实M^式本专利技术具有(020)取向的薄片状LiFeP04纳米晶粉体具体制备方法是把廉 价的7乂溶性亚^fc、氢氧化锂分别在不同容器中用蒸馏7K溶解，将浓磷酸(市售 磷酸，重量浓度85%)用蒸馏水稀释，浓磷酸很粘稠不容易从容器里倒出来，所 以要用7K稀释来降低黏度以便从容器里倒出来，具体是加约3倍浓磷酸体积的水。 然后将水溶性亚鄉溶液和磷酸溶液混合，再在强力搅拌下缓侵倒入氢氧化锂溶 液。7乂溶性亚铁盐、磷酸和氢氧化锂用量控制为摩尔比h 1: (2.5-3)。最后将 三者混合的产物转移到7jC热反应翻在120-220°C保温1-10小时，取出放冷， 过滤，干燥得到最终产物。本专利技术可以在较低温度下合成纯的LiFeP04，并且合 成的纳米晶具有明显的(020)取向，具有该取向的薄片状纳米晶含有发达的锂离 子抽出雁AiI道。下面通过实施例详述本专利技术。实施例l把原料4t酸亚铁、氢氧化锂分别在不同容器中用蒸馏水溶解，将浓磷酸用蒸 馏水稀释。然后纟m酸亚铁溶液和磷酸溶液混合，再在强力搅拌下缓慢倒入氢氧 化锂溶液。硫酸亚铁、磷酸和氢氧化锂用量控制为摩尔比1: 1: 3。最后将三者 混合的产物转移到水热反应釜里在150。C保温5小时，取出放冷，过滤，真空干 燥得到最终产物，获得具有(020)取向的薄片状LiFeP04纳米晶。本实施例中，薄片状晶体尺寸为1"4 ，厚度为150-250纳米。X寸制备的样品进行了 X-射线 衍射分析，结果表明是单一相LiFeP04 (图2a)。与计算模拟的结果(图2b)比 较，由本专利技术提出的方法制备的样品的(020)峰的强度明显敲艮多，表明有取向。 扫描电镜观察，晶粒成片状(图3)。透射电镜的观察结果表明晶体结晶完整(图 4a)，高分辨照片及其傅立叶变换图清晰地揭示了晶是(020)取向(图4b)。与 计算模拟的晶体形貌(图5a-d)比较，图5 a为(200)和(210)晶面生长比较 快的时候生成晶体的形貌，图5b为(020)晶面生长比较决的时候生成晶体的形 貌，图5c为(200)比(101)晶面生长快的时候生成晶体的形貌，图5d为(200) 和(101)晶面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种薄片状ＬｉＦｅＰＯ↓［４］纳米晶粉体，其特征在于：通过水热合成制备出具有（０２０）取向的薄片状ＬｉＦｅＰＯ↓［４］纳米晶，薄片状晶体尺寸在２００纳米－５微米，厚度在５０纳米－５００纳米之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓辉，周延春，张洁，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
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