一种LiFePO4/C的制备方法技术

一种ＬｉＦｅＰＯ↓［４］／Ｃ的制备方法，工艺步骤如下：（１）水热法合成ＬｉＦｅＰＯ↓［４］，锂、铁、磷的摩尔比为０．９～１．２∶１∶１，沉淀剂与锂的摩尔比为０．５～２．５∶１，抗氧化剂与铁的摩尔比为１∶１５～５０；在含锂、铁、磷的混合液中加入晶体诱导剂后转移至高压釜中并密封高压釜，在搅拌下于１６０℃～２１０℃反应２小时～３０小时；（２）掺碳与煅烧，将步骤（１）制备的ＬｉＦｅＰＯ↓［４］掺入有机碳源，用球磨机将ＬｉＦｅＰＯ↓［４］与有机碳源混合均匀后放入煅烧炉中在惰性气体保护下加热到５００℃～８５０℃保温３小时～４０小时，保温结束后随炉冷却至室温即获ＬｉＦｅＰＯ↓［４］／Ｃ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LiFeP04/C制备领域，特别涉及一种通过水热法制备LiFeP04,进而掺 碳制备LiFePO4/C的方法。
技术介绍
电池作为一种将化学能直接转变为电能的装置，在国民经济和国防工业中的地位十 分重要。特别是近年电子、信息产业和交通清洁能源迅猛发展，对高容量二次电池提出 了更高要求。锂离子电池与铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等其它可充电池相比具有工 作电压高、比容量大、自放电率小、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等特点，是 21世纪发展的理想绿色化学能源。电极材料是锂离子电池的核心技术之一，自从1997 年Padhi报道了正交晶系橄榄石晶型的LiFeP04的电化学性能以来，引起了科研人员的 广泛关注，LiFeP04具有原料来源丰富、高容量、低成本、对环境友好、热稳定性和循 环稳定性好等特点，是最有希望成为新一代二次锂离子动力电池正极材料的物质。目前，工业化生产LiFeP04的方法最主要是高温固相法，此种方法虽然技术较为成 熟，但存在产品各批次的稳定性难以控制，且能耗较大，对原料纯度要求高，成本高等 问题。近年来，用湿化学方法制备LiFeP04的报道越来越多，其中水热法作为制备磷酸 亚铁锂的方法倍受关注。公开号为CN101117216、 CN101121509等均采用了水热法制 备磷酸亚铁锂，主要以氢氧化锂、硫酸亚铁、磷酸作为原料，这些方法存在的共同问题是(l)使用了过量较多且昂贵的含锂原料(Li: Fe : P摩尔比为3.0-3.15 : l : i.o 1.15)，需要增加后续回收锂的工序，使工业生产成本上升。(2)增加了形成氢氧化铁和 三价铁的可能性，导致产物磷酸亚铁锂中三价铁含量升高，对材料的电化学性能带来危 害。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的LiFeP04/C的制备方法， 此种方法不仅能减少锂的用量，降低生产成本，而且能有效防止产物中三价铁的形成。 本专利技术所述LiFePO4/C的制备方法，工艺步骤如下 (1)水热法合成LiFeP04原料物质包括锂、铁、磷及抗氧化剂、沉淀剂，锂、铁、磷的摩尔比为锂铁磷=o.9~i.2沉淀剂与锂的摩尔比为沉淀剂锂=0.5 2.5 : i，抗氧化剂与铁的摩尔比为抗氧化剂铁=1:15 50，按锂、铁、磷的上述配比计算锂源、铁源和磷源； 首先分别将铁源和抗氧化剂、锂源、磷源加去离子水配制成铁源-抗氧化剂溶液、 锂源溶液和磷源溶液(去离子水的加入量无严格要求，只要能使铁源、锂源、磷源溶解 形成溶液即可)，然后在搅拌下于室温(室内自然温度)、常压将磷源溶液加入锂源溶液 中，与此同时，向锂源溶液中加入沉淀剂，再在搅拌下将铁源-抗氧化剂溶液加入含沉淀剂的锂源溶液和磷源溶液的混合液中形成含锂、铁、磷的混合液；将所述含锂、铁、磷的混合液常压搅拌加热至5(rC 8(TC并加去离子水稀释至高压 釜容积的50% 80%，然后加入晶体诱导剂，或将所述含锂、铁、磷的混合液常压搅拌 加热至5(TC 8(TC并加入晶体诱导剂,然后加去离子水稀释至高压釜容积的50% 80% ， 晶体诱导剂的加入量以稀释了的含锂、铁、磷混合液为基准计量，每升稀释了的含锂、 铁、磷混合液加晶体诱导剂0.1g lg，继后将稀释并加入晶体诱导剂的含锂、铁、磷 混合液转移至高压釜中并密封高压釜，在搅拌下于160 21(TC恒温反应2 30小时；反应结束后，自然冷却高压釜至室温，打开高压釜并将反应得到的沉淀过滤，将滤 饼用去离子水洗至无杂质离子检出时放入真空干燥箱内干燥，获粉末状LiFeP04;所述抗氧化剂为抗坏血酸、十六烷基三甲基溴化铵、葡萄糖中的一种，所述沉淀剂为尿素、六次甲基四胺、甲酰胺中的一种，所述晶体诱导剂为纳米级LiFeP04; (2)掺碳与煅烧将步骤(1)制备的LiFeP04掺入有机碳源，有机碳源的掺入量为LiFeP04重量的 5%~30%，将LiFeP04与有机碳源混合均匀，然后将LiFeP04和有机碳源的混合物放入 煅烧炉中在惰性气体保护下加热到50(TC 85(TC保温3小时~40小时，保温结束后随炉 冷却至室温即获LiFePCVC。上述方法中，所述锂源为LiOH、 LiAc、 LiH2P04、 LiN03中的至少一种；磷源为 H3P04、 NH4H2P04、 (NH4)2HP04、 LiH2P04中的至少一种；铁源为FeS04、 FeCl2、 Fe(Ac)2、 Fe(N03)2中的至少一种。上述方法中，所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇2000中的至少一种。上述方法中，将滤饼放入真空干燥箱内干燥时，干燥温度为90'C 11(TC，干燥时间 至少为6小时。为了在保护环境的同时充分利用资源，本专利技术所述方法对过滤工序分离出的滤液进行重复利用，作为制备化肥的原料。 本专利技术具有以下有益效果-1、 由于本专利技术所述方法中锂、铁、磷的摩尔比为o.9 1.2 :i:i，因而大大减少了 锂的用量，实现了成本的降低。2、 由于本专利技术所述方法在配制铁源溶液时加入了抗氧化剂，因而能有效防止产物 中三价铁的形成。3、 本专利技术所述方法制备的LiFePCVC平均粒径在0.5~2.0微米之间，振实密度为0.9 g/Cm3~1.25g/cm3，且粒径分布均匀，无明显团聚现象发生。A本专利技术所述方法制备的LiFePCVC电化学性能优异，其放电比容量均在100mAh/g 以上。5、由于本专利技术所述方法对过滤工序分离出的滤液进行重复利用，作为制备化肥的 原料，因而既有利于环境保护，又有利于提高经济效益。附图说明图1是实施例1所制备的LiFeP04/C的X射线衍射谱图。 图2是实施例2所制备的LiFeP(VC的X射线衍射谱图。 图3是实施例3所制备的LiFePCVC的X射线衍射谱图。 图4是实施例4所制备的LiFePCVC的X射线衍射谱图。 图5是实施例5所制备的LiFeP04/C的X射线衍射谱图。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术所述方法作进一步说明。下述实施例中，高压釜的型号为 GSH，容积为2升；锂源、铁源、磷源、抗氧化剂、沉淀剂均为分析纯。 实施例l本实施例中，LiFeP04/C制备方法的工艺步骤如下 (1)水热法合成LiFeP04 原料物质及其提供物为铁0.2mol (FeS04.7H20 55.61克)、磷0,2mol (85%的H3P04 23.0586克)、锂0.18mol (LiO线07.5528克)、抗坏血酸0.0091mol (1.6克)、尿素0.09mol (5.406克)、纳米 级LiFePO4 0.12克；操作为将FeS04.7H20和抗坏血酸加300mL去离子水配制成铁源-抗氧化剂溶液，将 LiOH.H20加200mL去离子水配制成锂源溶液，将^ 04加150mL去离子水配制成磷 源溶液，然后在搅拌下于室温(26'C)、常压将磷源溶液滴入锂源溶液中，与此同时， 向锂源溶液中加入尿素，当磷源溶液和尿素完全加入锂源溶液中后，再在搅拌下将铁源-抗氧化剂溶液加入含尿素的锂源溶液和磷源溶液的混合液中形成含锂、铁、磷的混合 液；将所述含锂、铁、磷的混合液转移至6(TC的水浴中通过搅拌混合均匀后(约30分 钟)加入纳米级LiFeP04并继续搅拌混合均匀，然后加去离子水稀释本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＬｉＦｅＰＯ↓［４］／Ｃ的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：　（１）水热法合成ＬｉＦｅＰＯ↓［４］　原料物质包括锂、铁、磷及抗氧化剂、沉淀剂，锂、铁、磷的摩尔比为锂∶铁∶磷＝０．９～１．２∶１∶１，沉淀剂与锂的摩尔比为沉淀剂 ∶锂＝０．５～２．５∶１，抗氧化剂与铁的摩尔比为抗氧化剂∶铁＝１∶１５～５０，按锂、铁、磷的上述配比计算锂源、铁源和磷源；　首先分别将铁源和抗氧化剂、锂源、磷源加去离子水配制成铁源－抗氧化剂溶液、锂源溶液和磷源溶液，然后在搅拌下于室温 、常压将磷源溶液加入锂源溶液中，与此同时，向锂源溶液中加入沉淀剂，再在搅拌下将铁源－抗氧化剂溶液加入含沉淀剂的锂源溶液和磷源溶液的混合液中形成含锂、铁、磷的混合液；　将所述含锂、铁、磷的混合液常压搅拌加热至５０℃～８０℃并加去离子水稀 释至高压釜容积的５０％～８０％，然后加入晶体诱导剂，或将所述含锂、铁、磷的混合液常压搅拌加热至５０℃～８０℃并加入晶体诱导剂，然后加去离子水稀释至高压釜容积的５０％～８０％，晶体诱导剂的加入量为：每升稀释了的含锂、铁、磷混合液加晶体诱导剂０．１ｇ～１ｇ，继后将稀释并加入晶体诱导剂的含锂、铁、磷混合液转移至所述高压釜中并密封高压釜，在搅拌下于１６０℃～２１０℃恒温反应２小时～３０小时；　反应结束后，自然冷却高压釜至室温，打开高压釜并将反应得到的沉淀过滤，将滤饼用去离子水洗 至无杂质离子检出时放入真空干燥箱内干燥，获粉末状ＬｉＦｅＰＯ↓［４］；　所述抗氧化剂为抗坏血酸、十六烷基三甲基溴化铵、葡萄糖中的一种，　所述沉淀剂为尿素、六次甲基四胺、甲酰胺中的一种，　所述晶体诱导剂为纳米级ＬｉＦｅＰＯ↓ ［４］；　（２）掺碳与煅烧　将步骤（１）制备的ＬｉＦｅＰＯ↓［４］掺入有机碳源，有机碳源的掺入量为ＬｉＦｅＰＯ↓［４］重量的５％～３０％，将ＬｉＦｅＰＯ↓［４］与有机碳源混合均匀，然后将ＬｉＦｅＰＯ↓［４］和有机碳源的混合物放入 煅烧炉中在惰性气体保护下加热到５００℃～８５０℃保温３小时～４０小时，保温结束后随炉冷却至室温即获ＬｉＦｅＰＯ↓［４］／Ｃ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟本和，郭孝东，刘恒，唐红，
申请(专利权)人：四川川大中德环保技术有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]