專利名稱：一種磷酸鐵鋰的制備方法
技術領域：
本發明涉及化學電池領域，尤其涉及一種高倍率放電性能的磷酸鐵鋰材料的制備 方法。
背景技術：
鋰離子電池是新一代的綠色高能電池，具有電壓高、比能量密度大、循環壽命長、 自放電小、無記憶效應、工作溫度范圍寬等眾多優點，廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、數 碼相機、攝影機、電子儀表等，在UPS、電動代步工具、電動汽車、儲能電池等領域也具有光明 的應用前景。近年來，鋰離子電池的產量飛速增長，應用領域不斷擴大，已成為在二十一世 紀對國民經濟和人民生活具有重要意義的高新技術產品。目前，鋰離子電池在便攜式電子產品用的小型電池領域已日趨成熟，應用范圍正 逐步向中大容量、中高功率的動力型和儲能型電池領域拓展。正極材料研究和性能改進是 鋰離子電池發展的核心之一。已在小型電池領域得到廣泛應用的成熟的正極材料，包括鈷 酸鋰、錳酸鋰以及多元復合材料等尚不能滿足要求。橄欖石結構的磷酸鐵鋰正極材料已成為國內外的研究熱點。該材料具有許多優 點，比如原料廉價，資源豐富；結構穩定，安全性能極佳(LiFeP04中的0與P以強共價鍵結 合，材料在脫嵌鋰過程中很難發生析氧分解反應)；高溫性能和熱穩定性明顯優于已知的 其他正極材料；循環性能優良；無毒，為真正的綠色材料。與傳統的其他正極材料相比，磷 酸鐵鋰正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有非常突出的優勢，有望成為動力型和儲 能型鋰離子電池理想的正極材料。目前鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的合成方法主要還是以固相法為主，該方法制 備工藝簡單，條件易控制，便于工業化生產。但是產物晶粒尺寸較大，粉體由無規則顆粒組 成，而且導電性差，高倍率充放電性能不好，導致材料的實際應用困難。因此，現有技術還有待于改進和發展。
發明內容
鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高倍率放電性能的磷酸鐵 鋰材料的制備方法，提高磷酸鐵鋰材料的電化學性能及鋰電池的倍率放電性能，并適合工 業化生產。本發明的技術方案如下一種磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟先將含磷螯合劑溶于水中，含磷螯合劑的濃度為40_60wt% ；將鐵鹽、鋰鹽、碳源溶于含磷螯合劑的水溶液中，其中含磷螯合劑鐵鹽鋰鹽 碳源的摩爾比為1 0.8-1.1 0. 95-1.05 0. 0-0. 2，在50_110°C下充分攪拌，過濾，除 去水分即得磷酸鐵鋰前驅體；將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，以5-10°C /min速度加熱升溫到400-500°C，恒溫焙燒1-4小時，然后再以同樣的速率升溫到600-750°C，恒 溫焙燒6-12小時后自然冷卻到室溫，得到磷酸鐵鋰。所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其中，所述含磷螯合劑為氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉 二膦酸、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸中的一種 或多種的組合。所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其中，所述鋰鹽為氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰 或氟化鋰中的一種或多種的組合。所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其中，所述碳源為蔗糖、聚乙二醇、淀粉、聚丙烯酸、 葡萄糖中的一種或多種的組合。所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其中，所述高溫氣氛爐為氣氛保護式推板窯、真空回 轉窯、輥道窯中的一種。本發明所提供的一種磷酸鐵鋰的制備方法，通過本發明方法制得的磷酸鐵鋰適用 于高倍率放電動力電池，具有導電率高、比容量大、高倍率充放電性能好、電化學性能好的 優點。
圖1是本發明實施例1中所得磷酸鐵鋰X射線衍射圖；圖2是本發明實施例1中所得磷酸鐵鋰在IOC電流下的充放電曲線圖。
具體實施例方式本發明提供一種高倍率放電性能的磷酸鐵鋰材料的制備方法，為使本發明的目 的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述 的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明的具體制備方法如下先將含磷螯合劑溶于水中，含磷螯合劑的濃度為40_60wt% ；將鐵鹽、鋰鹽、 碳源溶于含磷螯合劑的水溶液中，其中含磷螯合劑鐵鹽鋰鹽碳源的摩爾比為 1 0.8-1.1 0. 95-1.05 0. 0-0. 2，在50_110°C下充分攪拌，過濾，除去水分即得磷酸鐵 鋰前驅體；將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，以5-10°C /min 速度加熱升溫到400-500°C，恒溫焙燒1-4小時，然后再以同樣的速率升溫到600-750°C，恒 溫焙燒6-12小時后自然冷卻到室溫，得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。
本發明采用的含磷螯合劑為氨基三甲叉膦酸(ATMP)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)、 2_膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMP)、乙二胺四甲叉膦酸 (EDTMPA)中的一種或多種的組合。本發明采用的鐵鹽為硝酸鐵或檸檬酸鐵中的一種或多種的組合。本發明使用的鋰鹽為氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰或氟化鋰中的一種或多種 的組合。本發明使用的碳源為蔗糖、聚乙二醇、淀粉、聚丙烯酸、葡萄糖中的一種或多種的組合。本發明使用的高溫氣氛爐為氣氛保護式推板窯、真空 轉窯、輥道窯中的一種或多種的組合。使用本發明方法得到的磷酸鐵鋰晶體顆粒粒度均勻，導電性好，高倍率充放電性 能好，具有很好的電化學性能，并且制作方法較為簡單，適用于工業化生產。實施例1先將42克HEDP溶解于100克水中，充分攪拌待完全溶解后加入80. 8克硝酸鐵、 1. 8克葡萄糖和8. 4克氫氧化鋰混合，并同時在100°C水浴中加熱攪拌2小時后除去水分， 即得磷酸鐵鋰前驅體。將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，以 5°C /min速度加熱升溫到400°C，恒溫焙燒4小時，然后再以同樣的速率升溫到600°C，恒溫 焙燒10小時后自然冷卻到室溫，得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。圖1是其X射線衍射圖，所制得的產品為純相的橄欖石型磷酸鐵鋰。圖2是磷酸 鐵鋰在IOC電流下的首次和第二次充放電曲線圖，在IOC電流下，放電容量達到110mAh/g， 并且放電平臺達到3. 25V以上。實施例2先將61克ATMP溶解與100克水中，充分攪拌待完全溶解后加入80. 8克檸檬酸鐵、 8. 4克氫氧化鋰混合，并同時在100°C水浴中加熱攪拌2小時后除去水分，即得磷酸鐵鋰前 驅體。將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，以5°C /min速度加 熱升溫到400°C，恒溫焙燒4小時，然后再以同樣的速率升溫到600°C，恒溫焙燒10小時后 自然冷卻到室溫，得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。實施例3先將42克HEDP溶解與100克水中，充分攪拌待完全溶解后加入49克硝酸鐵、1. 8 克葡萄糖和8. 4克氫氧化鋰混合，并同時在100°C水浴中加熱攪拌2小時后除去水分，即得 磷酸鐵鋰前驅體。將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，以5°C / min速度加熱升溫到400°C，恒溫焙燒4小時，然后再以同樣的速率升溫到600°C，恒溫焙燒 10小時后自然冷卻到室溫，得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。實施例4先將55克PBTCA溶解與100克水中，充分攪拌待完全溶解后加入80. 8克硝酸鐵、 1. 8克葡萄糖和2. 98克碳酸鋰混合，并同時在100°C水浴中加熱攪拌2小時后除去水分， 即得磷酸鐵鋰前驅體。將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，以 5°C /min速度加熱升溫到400°C，恒溫焙燒4小時，然后再以同樣的速率升溫到600°C，恒溫 焙燒10小時后自然冷卻到室溫，得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可 以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保 護范圍。
權利要求
一種磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟先將含磷螯合劑溶于水中，含磷螯合劑的濃度為40 60wt％；將鐵鹽、鋰鹽、碳源溶于含磷螯合劑的水溶液中，其中含磷螯合劑∶鐵鹽∶鋰鹽∶碳源的摩爾比為1∶0.8 1.1∶0.95 1.05∶0.0 0.2，在50 110℃下充分攪拌，過濾，除去水分即得磷酸鐵鋰前驅體；將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，以5 10℃/min速度加熱升溫到400 500℃，恒溫焙燒1 4小時，然后再以同樣的速率升溫到600 750℃，恒溫焙燒6 12小時后自然冷卻到室溫，得到磷酸鐵鋰。
2.根據權利要求1所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述含磷螯合劑為氨基 三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、乙二 胺四甲叉膦酸中的一種或多種的組合。
3.根據權利要求1所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述鋰鹽為氫氧化鋰、碳 酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰或氟化鋰中的一種或多種的組合。
4.根據權利要求1所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述碳源為蔗糖、聚乙二 醇、淀粉、聚丙烯酸、葡萄糖中的一種或多種的組合。
5.根據權利要求1所述的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述高溫氣氛爐為氣氛 保護式推板窯、真空回轉窯、輥道窯中的一種。
全文摘要
本發明公開一種磷酸鐵鋰的制備方法，將鐵鹽、鋰鹽、碳源溶于含磷螯合劑的水溶液中，充分攪拌，過濾，除去水分即得磷酸鐵鋰前驅體；將前驅體移入高溫氣氛爐中，在氬氣、氮氣或氮氫混合氣氣氛中，加熱升溫，恒溫焙燒后，自然冷卻到室溫，得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰通過本發明方法制得的磷酸鐵鋰適用于高倍率放電動力電池，具有導電率高、比容量大、高倍率充放電性能好、電化學性能好的優點。
文檔編號C01B25/45GK101962180SQ201010518869
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者李汝文 申請人:深圳市科拓新能源材料有限公司