本发明专利技术涉及一种自牺牲模板法制备纳米级电池正极材料磷酸亚铁锂的方法，属于电化学领域。其具体步骤为：将含Fe3+，含PO43+的无机化合物原料溶解在水溶液中，调节溶液的pH值在1~6，在60℃~150℃温度下反应3~10小时过滤洗涤得到无定型的纳米磷酸铁，然后在450℃~750℃空气气氛中焙烧4~16小时后到晶态的纳米磷酸铁模板；以晶态纳米磷酸铁为模板，将磷酸铁与含Li+的化合物和含碳有机物溶于水中搅拌混合均匀，经喷雾干燥后在450℃~800℃的有氮气或氩气气氛保护炉中焙烧制备得到灰黑色的磷酸亚铁锂LiFePO4/C材料。本发明专利技术制备方法简单，成本低廉，所得的磷酸亚铁锂材料纯度高，一致性良好，晶体结构完整，颗粒细小均匀，电化学性能优异。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法，特别是，属于电化学领域。
技术介绍
全球环境的不断恶化和能源供应的持续紧缺是21世纪人类必须面临的两大问题，开发应用新能源和可再生清洁能源已经刻不容缓。风能、太阳能、潮汐能等可再生资源越来越多的被人类用于发电，绿色环保电池作为电能的储存单位也成为国内外研究热点。 锂离子二次电池作为新型的绿色电池，自从1990年问世以来发展相当迅速。与常用的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池相比，锂离子二次电池具有开路电压高、能量密度大、 自放电率低、使用寿命长、无污染以及安全性能好等独特的优势，应用范围越来越广泛。钴酸锂材料作为第一代商品化的锂离子电池正极材料，有着许多不可取代的优势材料的加工性能很好，密度高，比容量相对较高，材料的结构稳定，循环性能好，材料的电压平台较高且比较稳定，是目前最成熟的正极材料。但是其存在的价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差等缺陷，使得其必然在未来的几年内有被新的正极材料挑战和替代的风险。聚阴离子的LWePO4M料有着170 mAh/g理论比容量，而且材料的充放电曲线非常平稳 (3.5 V vs. Li+/Li) 0该材料由于原料来源广泛，价格低廉，环境友好，材料结构稳定，化学相容性好，循环稳定性突出，使得其在各种可移动电源领域，特别是大型动力电源和储能领域有着极大的市场前景，被认为是最有前途的锂离子动力和储能电池的正极材料之一。但是该材料低的电导率(室温下约为10_9 S/cm)和低的锂离子扩散系数导致其高倍率性能差，从而大大限制它进一步的应用。目前，国内外对提高Lii^ePO4的高倍率性能进行广泛的研究，主要从以下两个方面解决问题1)采用不同位置的离子掺杂和表面包覆导电相提高LiFePO4的电导率；2)优化制备工艺，采用不同的合成方法如水热法、溶胶凝胶法和微波法等制备颗粒细小的LiFePO4材料，通过减小颗粒尺寸以缩短电子和锂离子的迁移距离，从而提高材料的电导率。通过掺杂、表面包覆导电相及小尺寸化等对LiFePO4进行电化学改性是提高该材料电子电导率和锂离子迁移率的重要方法，是近年来人们研究的重点。如1、中国专利(公开号CN1564343A)公开了一种“含磷酸亚铁锂盐-碳的锂离子电池正极复合材料的制备方法”，通过采用一步固相法以三价的铁盐为原料制备得到纯度高，导电性良好的碳包覆的 LiFePO4 复合材料。2、B. Jin 等人(Pi^paration and characterization of LiFePO4 cathode materials by hydrothermal method. Solid State Ionics, 2008, 178: 1907-1914.)采用水热法以可溶性的二价铁盐硫酸亚铁，氢氧化锂和磷酸铵盐为原料制备出了平均粒径为 200 nm 的 LiFePO4 材料。3、J. S. Yang 等人(Nonaqueous sol-gel synthesis of high-performance LiFePO4. Eletrochem. Solid-State Lett. , 2004, 7(12): A515-A518 )采用非水溶胶凝胶的方法以醋酸亚铁、醋酸锂和磷酸为原料制备了 LiFeP04/C复合材料，平均颗粒尺寸在100 300 nm左右。4、中国专利(公开号 CN102074687A)公开了一种“制备纳米级碳包覆磷酸铁锂的水热合成法”，其采用水热法制备得到了颗粒分布均勻，D50在20(T300nm之间的LiFeP04/C复合材料。高温固相法最大的优点是产量大、制备工艺简单、粉体无团聚且容易收集。但是基于高温固相反应本身的限制，由于高温下长时间的热处理，高温固相法制备的LiFePO4颗粒尺寸大，分布不均勻，且难以控制颗粒的形貌。水热法等液相法制备LWePO4的优缺点明显 其优点是原料混合在分子间进行的，混合均勻度达到分子级水平，合成温度低，焙烧后产物颗粒细小尺寸均勻，尺寸分布范围窄，相对固相法有着难以比拟的优势，而缺点是制备工艺复杂困难，反应设备要求高，成本昂贵，且原料中的铁源通常为可溶性的二价铁盐，容易引入狗3+杂质，产物一致性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自牺牲模板法制备纳米级磷酸亚铁锂电池正极材料的方法，该方法能有效控制磷酸亚铁锂的粒径和相成分，提高其均勻性和导电性能，改善其电化学性能，所合成的磷酸亚铁锂电池正极材料结构稳定，纯度高，颗粒细小均勻，为纳米级别，且一致性良好，电导率高，大倍率性能优异。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的具体技术方案是，其特征在于采用液相法制备纳米级的磷酸铁，然后以磷酸铁为自牺牲模板制备纳米级的磷酸亚铁锂材料，其具体步骤如下 A、分别将含Fe3+和含PO43+的无机化合物溶于水中，配制成浓度0. 0r5mol/L的溶液，B、将步骤A配制的含狗3+的溶液与含PO43+的溶液，按 ^3+、Ρ043+的化学计量比1广1. 8 称量后，置于反应容器中搅拌混合，再加入氨水调节溶液的PH值至广6，然后在60Π50 温度下搅拌反应3 10小时得到无定形的磷酸铁沉淀；C、将步骤B得到的磷酸铁沉淀进行过滤后，先用去离子水和酒精洗涤至洗涤液呈中性且不含PO43+,再将沉淀物在60°C 110°C温度下干燥2 12小时得到纳米级磷酸铁，然后于 4500C 750°C空气气氛中焙烧圹16小时后随炉缓慢冷却至室温，再研磨粉碎得到晶态的纳米磷酸铁模板；D、将步骤C制备的磷酸铁模板与含Li+的化合物和含碳有机物，按锂源、磷酸铁化学计量比，即Li+ =FePO4的摩尔比Γ1. 05 1的比例称量，同时按每称量1摩尔的磷酸铁添加 3(T60g的碳源配比称量后，溶于50°C 90°C水溶液中搅拌，得到固含量为5% 45%的前躯体浆料；E、将步骤D制备的前躯体浆料以计量泵输送到喷雾干燥机中进行干燥造粒，得到乳白色的球状前躯体；F、将步骤E所得的乳白色的球状前躯体置于有氮气或氩气气氛保护炉中，在 4500C、00°C温度下焙烧614小时，自然冷却得到灰黑色的磷酸亚铁锂Lii^eP04/C材料。步骤A中所述的含!^e3+的无机化合物为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或氧化铁中的任一种。步骤A中所述的含PO43+的无机化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸铵中的任一种。步骤B中所述的含!^3+的溶液与含PO43+的溶液搅拌混合时，搅拌器叶片的转速为 30 60 r/min。步骤C中所述的含Li+的化合物选自氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂、硝酸锂或碳酸锂中的任一种。步骤C中所述的含碳有机物为碳氢氧化合物，选自葡萄糖，淀粉、蔗糖或酒石酸中的至少一种。步骤E中所述喷雾干燥机进风温度为180°C 280°C，出风温度为100°C 150°C;进料速度为0. 02 1. 5 L/min。本专利技术有益的技术效果主要表现在1、 采用液相法制备的磷酸铁模板，由于原料为原子级水平的均勻混合，因而所得产物的化学成分均勻，产物粒径和形貌可控。2、 采用自牺牲模板法制备的磷酸亚铁锂材料，由于通过控制原料中磷酸铁模板的粒径，从而使得最终产物——磷酸亚铁锂材料颗粒的粒径达到了纳米级别。3、 将本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种自牺牲模板法制备纳米级磷酸亚铁锂的方法，其特征在于采用液相法制备纳米级的磷酸铁，然后以磷酸铁为自牺牲模板制备纳米级的磷酸亚铁锂材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑威，王瑨，梁孜，谢皎，李玉龙，王睿，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：90
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