一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途。制备方法包括以下步骤：将磷酸铁锂颗粒、碳源和硫源混合研磨均匀得到混合物，将得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使碳源碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得缺陷型纳米磷酸铁锂。本发明专利技术采用水热法合成了50nm量级的LiFePO4颗粒，再利用高温碳化和硫化，在碳材料中形成硫掺杂，在LiFePO4结构中形成缺陷，从而改善LiFePO4的低温循环性能。制备方法工艺简单，操作容易，可以应用到工业化生产中。可以应用到工业化生产中。可以应用到工业化生产中。

【技术实现步骤摘要】
一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途，属于锂离子电池


技术介绍

[0002]磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，具有稳定的充放电平台和较高的工作电压，在循环过程中体积变化小，表现出良好的结构稳定性，同时还具有成本但低，环境友好、安全性能高等优点，在新能源电动汽车、储能电站等领域具有大规模应用前景。但磷酸铁锂的本征电导率低（10
‑9～10
‑
10 S/cm），锂离子的活化能也只有0.3
‑
0.5eV，对应的离子扩散系数也只有10
‑
10～10
‑
15 cm2/S，使得其低温和倍率性能较差。
[0003]为了改善磷酸铁锂的不足，常用的方法有：制备纳米级或特殊形貌的LiFePO4颗粒，缩短离子的扩散距离和扩大与电解液的接触面积，从而改善倍率性能；合成碳包覆的LiFePO4颗粒复合材料，提高电子电导率；金属阳离子掺杂可以改善LiFePO4的电子电导和离子扩散系数。杂原子掺杂如N，S，B等可以改变碳材料的电子结构，从而提高碳材料对锂离子的吸附能力和自身的电子导电性，是一种改善电池性能的有效方法。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种缺陷型纳米磷酸铁锂及其制备方法和用途，在LiFePO4结构中形成氧缺陷，改善LiFePO4的低温循环性能。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：将磷酸铁锂颗粒、碳源和硫源混合研磨均匀得到混合物，将得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使碳源碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得缺陷型纳米磷酸铁锂。
[0006]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，具体包括以下步骤：（a）在磁力搅拌的作用下，将一水氢氧化锂、磷酸、七水硫酸铁、抗坏血酸、水和乙二醇进行混合；（b）把步骤（a）的反应物转移至水热釜中，在鼓风干燥箱中恒温保温反应；（c）反应结束，冷却至室温后，多次离心、洗涤后，转移至真空干燥箱中烘干，得到纳米级磷酸铁锂颗粒；（d）将纳米级磷酸铁锂颗粒、葡萄糖和硫粉混合研磨均匀，得到混合物；（e）将步骤（d）得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使葡萄糖碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得具有缺陷的纳米磷酸铁锂/碳低温正极材料。
[0007]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（a）中，溶液配置具体为：一水氢氧化锂溶于去离子水形成溶液A，磷酸溶于乙二醇形成溶液B，七水硫酸亚铁和抗坏
血酸溶于去离子水形成溶液C，先将溶液B缓慢滴加至溶液A，再滴加溶液C。
[0008]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（a）中，Li:Fe:P摩尔比为2
‑
4:1:1。
[0009]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（b）中，恒温反应温度为160
‑
200℃，保温时间为10
‑
14h。
[0010]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（c）中，真空干燥箱中烘干温度80
‑
100℃，干燥时间6
‑
18h。
[0011]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（d）中，纳米级磷酸铁锂颗粒、葡萄糖和硫粉的重量比为18
‑
22:1:1
‑
3。
[0012]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，所述步骤（e）中，管式炉的煅烧温度为600
‑
800℃，煅烧时间为1
‑
3h。
[0013]所述步骤（e）中，惰性气体为氮气或氩气。
[0014]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法制备得到的缺陷型纳米磷酸铁锂。
[0015]所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂用于制作锂离子电池电极的用途。
[0016]本专利技术所达到的有益效果：本专利技术采用水热法合成了50nm量级的LiFePO4颗粒，再利用高温碳化和硫化，在碳材料中形成硫掺杂，在LiFePO4结构中形成缺陷，从而改善LiFePO4的低温循环性能。制备方法工艺简单，操作容易，可以应用到工业化生产中。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备的缺陷型纳米磷酸铁锂的SEM图。
[0018]图2为实施例2制备的缺陷型纳米磷酸铁锂的SEM图。
[0019]图3为实施例3制备的缺陷型纳米磷酸铁锂的SEM图。
具体实施方式
[0020]下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0021]实施例1将1.2588g一水氢氧化锂在磁力搅拌下溶于10ml去离子水形成溶液A，将0.6803ml磷酸（85%浓度）在磁力搅拌下溶于20ml乙二醇形成溶液B，2.7802g七水硫酸亚铁和0.1761g抗坏血酸在磁力搅拌下溶于去离子水形成溶液C，用滴管将溶液B缓慢滴加到溶液A后，搅拌0.5h，再将溶液C滴加上述溶液，最后再搅拌0.5h。接着把反应物转移到水热釜中，在鼓风干燥箱中160℃下保温12小时，反应结束冷却至室温。多次离心和洗涤后，真空干燥箱90℃保温12小时后，得到50nm量级的磷酸铁锂正极材料。将100mg磷酸铁锂正极材料、5mg葡萄糖和10mg硫粉混合均匀，在氮气气氛中进行温度为700℃，时间为2h的煅烧处理，即得到缺陷型纳米磷酸铁锂/碳低温正极材料，其形貌如图1所示。
[0022]实施例2将1.2588g一水氢氧化锂在磁力搅拌下溶于10ml去离子水形成溶液A，将0.6803ml磷酸（85%浓度）在磁力搅拌下溶于20ml乙二醇形成溶液B，2.7802g七水硫酸亚铁和0.1761g
抗坏血酸在磁力搅拌下溶于去离子水形成溶液C，用滴管将溶液B缓慢滴加到溶液A后，搅拌0.5h，再将溶液C滴加上述溶液，最后再搅拌0.5h。接着把反应物转移到水热釜中，在鼓风干燥箱中180℃下保温12小时，反应结束冷却至室温。多次离心和洗涤后，真空干燥箱90℃保温12小时后，得到磷酸铁锂正极材料。将100mg磷酸铁锂正极材料、5mg葡萄糖和10mg硫粉混合均匀，在氮气气氛中进行温度为700℃，时间为2h的煅烧处理，即得到缺陷型纳米磷酸铁锂/碳低温正极材料，其形貌如图2所示。
[0023]实施例3将1.2588g一水氢氧化锂在磁力搅拌下溶于10ml去离子水形成溶液A，将0.6803ml磷酸（85%浓度）在磁力搅拌下溶于20ml乙二醇形成溶液B，2.7802g七水硫酸亚铁和0.1761g抗坏血酸在磁力搅拌下溶于去离子水形成溶液C，用滴管将溶液B缓慢滴加到溶液A后，搅拌0.5h，再将溶液C滴加上述溶液，最后再搅拌0.5h。接着把反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：将磷酸铁锂颗粒、碳源和硫源混合研磨均匀得到混合物，将得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使碳源碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得缺陷型纳米磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征是，具体包括以下步骤：（a）在磁力搅拌的作用下，将一水氢氧化锂、磷酸、七水硫酸铁、抗坏血酸、水和乙二醇进行混合；（b）把步骤（a）的反应物转移至水热釜中，在鼓风干燥箱中恒温保温反应；（c）反应结束，冷却至室温后，多次离心、洗涤后，转移至真空干燥箱中烘干，得到纳米级磷酸铁锂颗粒；（d）将纳米级磷酸铁锂颗粒、葡萄糖和硫粉混合研磨均匀，得到混合物；（e）将步骤（d）得到的混合物置于管式炉中，在惰性气体保护下，高温处理使葡萄糖碳化，在纳米磷酸铁锂颗粒表面形成碳包覆，硫升华在碳材料和磷酸铁锂中形成缺陷，从而获得具有缺陷的纳米磷酸铁锂/碳低温正极材料。3.根据权利要求2所述的一种缺陷型纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征是，所述步骤（a）中，溶液配置具体为：一水氢氧化锂溶于去离子水形成溶液A，磷酸溶于乙二醇形成溶液B，七水硫酸亚铁和抗坏血酸溶于去离子水形成溶液C，先将溶液B缓慢滴加至溶液A，再滴加溶液C。4.根据权利要求2或...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁正秋，袁正浩，龚继华，许可，余先亮，李超凡，徐阳，罗洪根，朱礼丽，
申请(专利权)人：勤正科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：