模板诱导法制备磷酸亚铁锂纳米粒子的方法技术

本发明专利技术公开了模板诱导法制备磷酸亚铁锂纳米粒子的方法，它包括以下步骤：1）硅片的预处理，得到羟基化的硅基基片；2）APTMS硅烷薄膜模板的制备；3）APTMS硅烷薄膜模板表面氨基原位磷酸化；4）磷酸亚铁锂纳米粒子的制备。使用模板诱导法制备磷酸亚铁锂纳米粒子，制得的纳米级磷酸亚铁锂粒子纯度高，粒径均一，本发明专利技术具有原料来源丰富，制备工艺能耗低，制得纳米粒子尺寸小，无毒等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模版诱导法制备磷酸亚铁锂纳米粒子的方法，属于电池材料领域。
技术介绍
随着能源和环境问题的日益突出，清洁能源倍受关注，这对二次电源提出了更高的要求。锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池，已经在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛的应用。橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO4具有原料资源丰富、价廉、无毒、环境友好、理论容量高、热稳定性和循环性能好等优点，是锂离子电池的首选正极材料。·但锂离子在该电极材料中的扩散速度慢，LiFePO4的导电性能差，材料的利用率低，电极的倍率充放电性能差，制约了磷酸亚铁锂材料大倍率输出。在LiFePO4的充放电过程中，由于晶体中P043_限制了 Li+的移动空间，使得Li+在材料中的嵌、脱过程只具有二维可移动性，因此LiFePO4的电子、离子导电率均比较低，在大电流放电的条件下会有较大的容量损失。针对Li+在LiFePO4中的嵌、脱机理，A. S. Andersson提出了两种可能的充放电模型一福射模型(Radial Model)和马赛克模型(Mosaic Model)。大多数科研人员认为两种模型同时存在。从Li+的嵌脱机理出发，目前对LiFePO4的研究工作主要从两方面展开一方面，通过不同途径来控制晶粒生长，制备出粒径均一、细小的材料，强化材料的离子传导性能；另一方面，在优化工艺的基础上通过晶相掺杂、非晶相掺杂等手段同时提高材料的电子、离子导电率。因此，LiFePO4材料的纳米化很大程度上使其粒子尺寸降低，缩短锂离子的扩散路径，改善LiFePO4电极的电化学性能。通过制备纳米尺寸的磷酸亚铁锂，降低其颗粒团聚是提高LIB整体电化学性能，改善磷酸亚铁锂材料大倍率性能的有效方法之一。近年来国内外大量报道了关于不同方法合成、改良LiFePO4材料。溶胶-凝胶法和乳化干燥法合成的粒子尺寸较小分布在1-100 μ m，但由于焙烧处理使颗粒团聚或烧结程度较大，增加了锂离子在颗粒内的扩散距离，材料的导电性和大倍率输出性能没有实质性的改善；水热法以FeS04、H3P04、Li0H按摩尔比为I :1 :3合成出粒度在50_100nm的LiFePO4粒子，当加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)后其粒度尺寸能降到50nm，但是水热法需要耐高温高压设备，工业化困难较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术而提供一种，尺寸可控性高，所制备磷酸亚铁锂纳米粒子粒径均一，尺寸小。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是 ，它包括以下步骤O硅片的预处理将硅片先后在丙酮、超纯水中超声波清洗5 15min，然后放入Piranha溶液中于6(TlO(TC浸泡30_60min，取出硅片用超纯水冲洗，再以氮气吹干得到羟基化的娃基基片； 2)3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)薄膜模板的制备将步骤I)得到的羟基化的硅基基片放入APTMS的乙醇溶液中浸泡1-2小时，取出后依次用乙醇、超纯水冲洗，再用氮气吹干得到APTMS自组装薄膜； 3)APTMS自组装薄膜表面氨基原位磷酸化将步骤2)得到的APTMS自组装薄膜浸入含三氯氧化磷和2，3，5-三甲基吡啶的乙腈溶液中，室温反应20-90分钟，取出用超纯水冲洗，用氮气吹干得到磷酸化的APTMS自组装薄膜； 4)磷酸亚铁锂纳米粒子的制备将步骤3)得到的磷酸化的APTMS自组装薄膜浸入含亚铁盐、磷酸盐、锂盐的超纯水溶液中反应5分钟-60分钟,然后取出用超纯水冲洗,氮气吹干制得磷酸亚铁锂纳米粒子。按上述方案，所述娃片为(I 2) cmX (I 2) cmXO. 5mm的块状。按上述方案，所述Piranha溶液中浓硫酸和双氧水的体积比为4:1。按上述方案，所述APTMS的乙醇溶液中APTMS体积浓度为O. 1%_2%。按上述方案，所述步骤3)所述乙腈溶液中三氯氧化磷和2，3，5_三甲基吡啶的摩尔比为I :1，三氯氧化磷浓度为O. 05-0. 8mol/L。按上述方案，步骤4)中所述超纯水溶液中亚铁盐、磷酸盐、锂盐的摩尔比为广2 Γ2 :3 6，亚铁盐浓度为O. 001-0. lmol/L。按上述方案，所述步骤4)所述亚铁盐、磷酸盐、锂盐分别为七水硫酸亚铁、磷酸氢二铵、一水氢氧化锂。按上述方案，步骤4)中所述的磷酸化的APTMS自组装薄膜浸入含亚铁盐、磷酸盐、锂盐的超纯水水溶液中反应的温度为2(T50°C。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于 1)与传统制备方法相比，本专利技术所制备的磷酸亚铁锂纳米粒子尺寸可控性高，AFM三维立体图结果显示模板诱导法制得的磷酸亚铁锂纳米粒子的尺度比较均匀，颗粒的结晶化程度和团聚较小；粒径均一，尺寸小，经AFM检测得平均粒径为IOnm; 2)本专利技术采用模板诱导法，其原理是利用固-液界面的化学吸附或化学反应，通过固体表面吸附活性物质而形成化学键连接、趋向紧密的分子识别性高的有序分子薄膜，制备所得到的磷酸亚铁锂纳米粒子产品纯度高； 3)本专利技术所述制备方法反应温度不超过10(TC，无需焙烧和机械处理，反应温和，能耗小; 4)原料来源丰富制备LiFePO4纳米粒子的原料是基本的化工原料，易于获得； 5)制备的LiFePO4纳米粒子综合性能好,结构稳定、安全性能好、无毒、无二次污染。附图说明图I是本专利技术实施例I制备得到的羟基化的硅基基片的接触角 图2是本专利技术实施例I制备得到的APTMS自组装薄膜的接触角 图3是本专利技术实施例I制备得到的APTMS自组装薄膜红外光谱图；图4是本专利技术实施例I制备得到的APTMS自组装薄膜AFM 图5是本专利技术实施例2制备得到的磷酸化的APTMS自组装薄膜的表面接触角 图6是本专利技术实施例2制备得到的磷酸化的APTMS自组装薄膜的红外光谱 图7是本专利技术实施例2制备得到的磷酸化的APTMS自组装薄膜的原子力显微镜AFM 图8是本专利技术实施例3制备的磷酸铁锂纳米粒子的原子力显微镜AFM 图9是本专利技术实施例4制备的磷酸铁锂纳米粒子的原子力显微镜AFM三维立体 图10是本专利技术实施例4制备的磷酸铁锂纳米粒子的XPS能谱图。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。下述实施例中所用的3-氨基丙基-三甲氧基娃烧(APTMS)为Sigma aldrich公司生产，丙酮为天津市东丽区天大化学试剂厂生产，双氧水为天津市大茂化学试剂厂生产，浓硫酸为开封东大化工有限公司试剂厂生产，2，3，5-三甲基吡啶、三氯氧化磷、乙腈、七水硫酸亚铁、氢氧化锂、磷酸氢二铵为国药集团化学试剂有限公司生产。以上药品均为分析纯。实验中所用的超纯水的电阻率不低于18 ■ · cm。下述实施例中所述Piranha溶液中浓硫酸和双氧水的体积比为4:1。实施例I 娃片的预处理将切割成IcmXlcmXO. 5mm的块状娃片先后在丙酮、超纯水中超声波清洗5min,然后放入Piranha溶液中于60°C浸泡30min,取出娃片用超纯水冲洗,再以氮气吹干得到轻基化的娃基基片； 3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)薄膜模板的制备将经上述步骤得到的羟基化的硅基基片放入体积浓度O. 2%APTMS的乙醇溶液中浸泡I小时进行自组装，取出后依次本文档来自技高网...

【技术保护点】
模板诱导法制备磷酸亚铁锂纳米粒子的方法，其特征在于它包括以下步骤：1）硅片的预处理：将硅片先后在丙酮、超纯水中超声波清洗5~15min，然后放入Piranha溶液中于60~100℃浸泡30?60min，取出硅片用超纯水冲洗，再以氮气吹干得到羟基化的硅基基片；2）APTMS薄膜模板的制备：将步骤1）得到的羟基化的硅基基片放入APTMS的乙醇溶液中浸泡1?2小时，取出后依次用乙醇、超纯水冲洗，再用氮气吹干得到APTMS自组装薄膜；3）APTMS自组装薄膜表面氨基原位磷酸化：将步骤2）得到的APTMS自组装薄膜浸入含三氯氧化磷和2，3，5?三甲基吡啶的乙腈溶液中，室温反应20?90分钟，取出用超纯水冲洗，用氮气吹干得到磷酸化的APTMS自组装薄膜；4）磷酸亚铁锂纳米粒子的制备：将步骤3）得到的磷酸化的APTMS自组装薄膜浸入含亚铁盐、磷酸盐、锂盐的超纯水溶液中反应5分钟?60分钟，然后取出用超纯水冲洗，氮气吹干制得磷酸亚铁锂纳米粒子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘善堂，宋灿，刘闯，黄云辉，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：