本发明专利技术是一种利用溶剂热方法制备粒径可调、形貌可控的LiFePO4的制备方法，所制备的LiFePO4可以作为高倍率锂离子电池正极材料。其步骤如下：将可溶性磷源及二价亚铁盐溶于去离子水中，锂盐和表面活性剂、还原剂等混合均匀，将上述两溶液混合，得到无定形的LiFePO4，经过离心，加入形貌调控剂并搅拌至溶液均匀、澄清、稳定状态，放入反应釜中，在高温高压下反应一段时间，最后离心清洗，烘干，得到LiFePO4，且形貌大小可调。
【技术实现步骤摘要】
该专利技术涉及一种制备LiFePO4的方法，具体来说，是涉及一种制备LiFePO4的溶剂热方法。
技术介绍
当今世界能源问题已经不容忽视，全球都在呼吁节能、环保材料，在这样的大环境下，电动车的发展应运而生，需要解决的问题又集中到电池上，而目前电池的发展竞争很激烈，锂离子电池的正极材料种类较多，主要品种有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸铁锂(LiFePO4)等，其中钴酸锂是现有正极材料中工业化程度最高、技术最成熟、产量最大的品种，主要用于手机、数码产品等小型电池领域，但由于原材料钴和镍金属的价格高昂， 污染较重，且电池在大型化后，会有过热着火或爆的危险。故相对而言，正极材料为锰酸锂、 三元材料和磷酸铁锂的锂离子电池安全性能更好，成本更为低廉，所以目前产业的投入主要集中于这几种材料之上。其中，磷酸铁锂由于具有另外两种材料所不具备的循环寿命和材料成本方面的潜在优势，而被业界普遍看好，代表着动力电池正极材料的未来发展方向。磷酸铁锂具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性使其特别适用于动力电池。它的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，成为各国竞相研究的热点。由于其自身的优势被广泛应用于混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电动助力车、发电储能装置等各个领域。混合动力汽车(HEV)是未来数年内新能源汽车的主要发展方向。随着混合动力汽车产量的不断增加，混合动力汽车占有率的提升，磷酸铁锂电池市场规模将快速增长，也将拉动磷酸铁锂需求增长。尽管磷酸铁锂拥有众多优点，但也有一些不足之处，特别是目前磷酸铁锂主要应用领域是动力锂离子二次电池，所以大电流放电时使得这些缺点显得更加突出首先，其电导率低，纯LiFePO4的电导率一般在10-10S/m这个数量级，这个问题严重制约着其作为高功率电池的实际应用；其次，因LiFePO4结构为锂离子扩散提供的通道有限，锂离子在晶粒内部的嵌入和脱出速度慢，这导致当LiFePO4用于高倍率放电时锂离子的嵌入和脱出速度小于界面化学变化速度，表现为高倍率放电时克容量较低且极化厉害；最后，其堆积密度及压实密度低导致电池的能量密度低；颗粒形貌难以控制导致其加工性能较差。这些问题导致其在商业化应用上存在很多障碍，所以必须从材料制备上解决LiFePO4K面临的这些困难。在诸多提高Lii^ePCV性能的方法中，减小LiFePO4W粒径从而减小Li+在晶粒中的扩散距离，有助于大大提高Lii^ePO4的高倍率冲放电性能。在众多LiFePO4的制备方法中，水热/溶剂热法是一种非常重要的方法，由于使用可溶性的物料为反应物使得合成过程中离子间可以均勻混合，从而得到比较好的晶型和很纯的物相，自从Siou-FengYang等第一次通过水热法合成LiFePO4材料以来 (Electrochemistry Communications, 2001,3, 205.)，水热 / 溶剂热法制备 LiFePO4 材料得到了广泛的研究，利用水热法合成的LiFePO4具有粒径偏大、不适于高倍率放电的缺点，但要通过溶剂热法合成出大量的小粒径Lii^ePO4材料却一直是个难以解决的问题。
技术实现思路
通过水热/溶剂热法制备得到的LiFePO4具有粒径偏大、不适于高倍率放电的缺点，本专利技术提供了一种以无定形的LiFePO4为前驱体在无水溶剂中利用溶剂热法合成 LiFePO4的方法，通过本专利技术的方法制备得到的LWePO4具有粒径小、形貌可控的优点，该产物经处理后特别适用于高倍率放电的动力锂离子二次电池的正极材料。根据本专利技术的一个方面，提供了一种制备LWePO4的溶剂热方法，包括以下几个步骤a.将可溶性磷源和可溶性二价铁盐溶于去离子水中，使用不与铁形成沉淀的酸调节所得溶液的PH值至溶液变澄清，得到溶液A ；b.将可溶性锂盐溶于去离子水中，搅拌均勻，得到溶液B ；c.在搅拌条件下缓缓将溶液B倒入溶液A中，将溶液A和溶液B的混合溶液超声并剧烈搅拌，得到墨绿色悬浮液，用去离子水对所述墨绿色悬浮液进行3次离心清洗，得到无定形LiFePO4沉淀； d.将所述无定形LiFePO4沉淀分散在有机溶剂中，超声分散均勻后转移到水热反应釜中，在一定温度下反应一段时间后，离心、清洗、烘干所得产物，得到LiFePO4晶体。在上述方法中的步骤c还包括在超声之前向溶液A和溶液B的混合溶液中加入还原剂的步骤，其中，所述还原剂选自水合胼、维生素C、硼氢化钠或硼氢化钾等，并且所述还原剂的浓度为O 0. 05mol/L。在上述方法中的步骤d还包括在超声之前加入形貌调控剂和表面活性剂的步骤， 其中，所述形貌调控剂选自具有络合能力的诸如异丙胺、二乙胺、己二胺、三乙胺、乙二胺、 二异丙胺、二乙醇胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺等的有机胺，诸如柠檬酸、己二酸、乙二胺四乙酸、琥珀酸或戊二酸等的多元有机酸，或吡啶中的一种或多种，并且所述形貌调控剂的加入体积为溶液体积的0 2%。其中所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG1000-20000)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧乙烯辛烷基酚醚 (0P4-10)、辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、油酸、油胺、十二烷醇、 十二硫醇等中的一种或几种，并且所述表面活性剂的加入质量为溶液质量的0 5%。在上述方法中的可溶性磷源选自磷酸、磷酸盐、磷酸一氢盐或磷酸二氢盐等，诸如磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵、磷酸一氢钠、磷酸一氢钾、磷酸一氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸二氢铵等。在上述方法中的可溶性二价铁盐选自硫酸亚铁铵、硫酸亚铁、醋酸亚铁或氯化亚铁等。在上述方法中的可溶性锂盐选自氢氧化锂、氯化锂、硫酸锂或醋酸锂等，并且可溶性锂盐在去离子水中的浓度为0. 05 9mol/L。在上述方法中的可溶性磷源或可溶性二价铁盐在去离子水中的浓度各自为 0. 05 3mol/L。在上述方法中的有机溶剂选自聚已二醇400 (PEG400)、乙二醇、异丙醇、丙三醇、三甘醇、二甘醇、四甘醇中的一种或多种与CCl4、己烷、环己烷、辛烷、二甲苯或四氢呋喃的混合物。在上述方法中的步骤d中的反应温度为140 240°C。在上述方法中的步骤d中的反应时间为3 20小时。将本专利技术的LiFePO4进行包碳、球磨及高温处理后得到适于高倍率冲放电的锂离子电池正极材料。与现有技术相比，本专利技术合成工艺及所制备LiFePO4具有如下特点(1)以沉淀法制备的无定形Lii^ePO4沉淀为前驱体，在溶剂热条件合成Lii^ePO4 ;(幻本专利技术使用纯有机溶剂或有机溶剂混合物代替水/有机溶剂或传统的纯水溶剂为反应介质，可以得到单分散的 LiFePO4正极材料，粒径可以达到5 μ m ； ( 本专利技术通过有机胺或多元有机酸等络合剂对产物形貌进行调控，可以得到合适形貌的LiFePO4，有助于提高产品的加工性能及压实密度； (4)本专利技术在制备过程中采用合适表面活性剂，更有利于控制LiFePO4的粒径。；( 本专利技术所制备Lii^ePO4经过包碳、球磨及高温处理等工艺处理后，非常适于用于高倍率冲放电的锂离子二次电池正极材料。附图说明图1示出根据实施例1的LiFePO4的X-射线衍射图(XRD图)。图2示出根据实施例1的LiFePO4的扫描电镜图(SEM本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田光磊，舒康颖，王蕾，范美强，吕春菊，秦来顺，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：
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