纺锤形磷酸铁锂纳米束及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极材料，具体来说涉及一种锂离子电池正极材料纺锤形磷酸铁锂纳米束及其制备方法，属于新能源材料技术领域。本发明专利技术提供的纺锤形磷酸铁锂纳米束，其特征在于，纺锤形磷酸铁锂纳米束由纳米片构成，长度1～2μm，中间最粗处的直径为0.5～1.0μm；所述的构成纺锤形磷酸铁锂纳米束的纳米片沿纺锤的长轴并行排列。本发明专利技术包括两个步骤：首先，配制磷酸铁锂前驱体溶液；其次，制备纺锤形磷酸铁锂纳米束，采用水热法通过控制反应温度和时间实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池正极材料，具体来说涉及一种锂离子电池正极材料，属于新能源材料

技术介绍
1997年，Goodenough等人首次报道了橄榄石型结构的LiFePO4能可逆地嵌入和脱出锂离子,可用作锂离子电池正极材料(Electrochem. Soc. , 1997,144(4) :1188-1194) 由于LiFePO4具有良好的安全性，循环性、热稳定性，同时又具有无毒、无污染、原材料来源丰富且价格低廉等优点，该材料被认为是极有可能替代现有材料的新一代正极材料，受到国内外科学工作者的广泛关注。橄榄石结构的LiFePO4是一种基于铁的化合物，相对于其他基于Co、Ni和Mn的化合物价格更为低廉，而且无毒性无污染。目前，LiFePO4的主要合成方法有高温固相法、 碳热还原法、微波法、水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法及喷雾干燥法等。合成的LiFePO4多为球形颗粒和棒状结构。GoodenougKKi-Won Kim等课题组采用高温固相法合成了类球形的 LiFePO4CJ. Electrochem. Soc.，1997，144 :1609 1613 Journal of Power Sources. 2008, 179 :340 346 ；Ionics, 2009,15 :689 692) ；Hui-ping Liu 等以 NH4H2PO4, Li2CO3 和 Fii2O3 为原料，乙炔黑和葡萄糖为碳源，采用碳热还原法制备了 LiFeP04/C粉末，并研究了其电化学性能(Journal of Power Sources, 2008 (184) :469 472) ；Higuchi 等分别以碳酸锂和磷酸铵作为锂源和磷源，铁乳酸盐和铁醋酸盐为铁源，采用家用微波炉在惰性气氛中煅烧固体前驱物制备了 LiFePO4CJ. Power Sources，2003，119 121 :258 洸1) ；Hongli Zou等以FePO4为铁源，葡萄糖为碳源，采用微波法成功的制备了结晶良好的Lii^P04/C纳米粒子， 粒径为 50-100nm(Materials Research Bulletin，2010，45 :149 152) ；Youyong Liu等采用平均分子量为30000的PEG为碳源制备了碳包覆的LiFePO4纳米球，在0. 1C、1C、5C倍率下首次放电量分别为 146、128 和 113mAh/g (ElectrochimicaActa, 2010, 55 :3921 ~ 3926)； Yang 和 Ni 等采用水热法成功制备了 LiFePO4, (Electrochem. Commun.，2001，3 :505 508) (Journal of Power Sources, 2010,195 :2877-2882) ；Chi-ffi Ong 等利用共沉淀法，以几种有机物作为碳源在750°C下焙烧得到结晶良好分散均勻的LiFePO4纳米颗粒，粒径为 200nm 左右(Journal of Electrochemical Society, 2007,154(6) :A527 A533)；日本的Haoshen Zhou课题组采用静电纺丝技术合成了内层为碳纳米管，中间为LiFePO4与无定形碳的混合物，外层为无定形碳的三层结构纳米线(ACS Applied Materials Interfaces, 2010,2(1) :212 218)；中国科学技术大学的汪龙采用静电纺丝技术制备了 LiFeP04/C薄膜(中国科学技术大学博士学位论文，2010)；浙江工业大学的张诚采用溶剂热法以丙三醇为溶剂合成了具有光滑表面的纺锤体形LiFeP04(物理化学学报，2011,27(3) =609-614)； 东北师范大学的仇-Guo Guo采用溶剂热法，以苯甲醇为溶剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为调节剂合成了哑铃状的 LiFePO4 纳米材料(Journal of Physical Chemistry C, 2009,113 3345-3351)。
技术实现思路
在
技术介绍
中采用水热法制备的LiFePO4包含三种结构，第一种为纳米颗粒，粒径分布宽，多为类球形，形状不规则；第二种为哑铃状结构，中间细，两端粗；第三种为纺锤形结构，表面光滑，使用丙三醇为溶剂。本专利技术使用水热法以水为溶剂制备了纺锤形磷酸铁锂纳米束。本专利技术的典型特点是以水为溶剂，不添加任何表面活性剂，绿色环保。本专利技术的技术方案是提供了一种锂离子电池正极材料，本专利技术的另一技术方案是提供了该正极材料的制备方法。本专利技术提供的锂离子电池正极材料是纺锤形磷酸铁锂纳米束，所述的纺锤形磷酸铁锂纳米束，其特征在于，纺锤形磷酸铁锂纳米束由纳米片构成，长度1 2 μ m，中间最粗处的直径为0. 5 1. 0 μ m ；所述的构成纺锤形磷酸铁锂纳米束的纳米片沿纺锤的长轴并行排列；所述的纺锤形磷酸铁锂纳米束的分子式为Lii^ePO4,为橄榄石结构。所述的纺锤形磷酸铁锂纳米束作为锂离子电池的正极材料比容量大、循环性能好，在0. 2C倍率下，放电比容量大于150mAh/g，循环20次后没有出现衰减。本专利技术是这样实现的，首先，配制磷酸铁锂前驱体溶液；其次，制备纺锤形磷酸铁锂纳米束，采用水热法通过控制反应温度和时间实现。其特征在于一、磷酸铁锂前驱体溶液的配制将锂源、铁源、磷源按照物质的量之比为1 1 1溶于溶剂中，搅拌得到磷酸铁锂前驱体溶液，所述的磷酸铁锂前驱体溶液的质量百分比浓度为0. 1 10 %，至少含有1种锂源、1种铁源、1种磷源；所述的锂源为硝酸锂或氢氧化锂中的1种或2种的混合物；所述的铁源为醋酸亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁或硫酸亚铁铵中的1种或1种以上的混合物；所述的磷源为磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵或磷酸铵中的1种或者1种以上的混合物；所述的溶剂为经过煮沸的二次蒸馏水或经过煮沸的去离子水中的1种；二、纺锤形磷酸铁锂纳米束的制备采用水热法制备纺锤形磷酸铁锂纳米束，水热反应温度为120 260°C，反应时间为6 40h ；水热反应结束后，采用离心分离或者过滤的方式收集纺锤形磷酸铁锂纳米束， 采用自然风干、真空干燥或惰性气体保护下烘干的方式干燥纺锤形磷酸铁锂纳米束以除去残留的水，干燥温度为90 300°C ；所述的惰性气体包括氮气、氩气、氢气或氦气中的1种或者1种以上的混合物。附图说明图1是纺锤形磷酸铁锂纳米束的SEM照片；图2是纺锤形磷酸铁锂纳米束的高倍SEM照片，该图兼作说明书摘要附图；图3是纺锤形磷酸铁锂纳米束的XRD谱图；图4是纺锤形磷酸铁锂纳米束在0. 2C倍率下循环20次的放电比容量图。 具体实施例方式实施例1 称取3. 98g分子式为FeCl2 · 4H20的氯化亚铁和1. 38g分子式为LiNO3 的硝酸锂，加入到392. 98g经过煮沸的二次蒸馏水后搅拌至完全溶解，然后加入2. 66g分子式为(NH4)2HPO4W磷酸氢二铵，完全溶解后即得到磷酸铁锂前驱体溶液。其中磷酸铁锂前驱体溶液的质量百分比浓度为2%，LiNO3, FeCl2 · 4H20和(NH4)2HPO4的物质的量之比为 1:1:1。将磷酸铁锂前驱体溶液装入反应釜在120°C水热本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂离子电池正极材料纺锤形磷酸铁锂纳米束，其特征在于，由纳米片构成，长度１～２μｍ，中间最粗处的直径为０．５～１．０μｍ；所述的构成纺锤形磷酸铁锂纳米束的纳米片沿纺锤的长轴并行排列；所述的纺锤形磷酸铁锂纳米束的分子式为ＬｉＦｅＰＯ４，为橄榄石结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王进贤，于文生，董相廷，赵世超，于淑晶，刘桂霞，林杰华，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82