納米晶體的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰電池正極材料用LiFePO4的制備方法，尤其涉及一種水熱法制備納米級LiFePO4晶體的方法。
【背景技術】
[0002]隨著化石能源的枯竭和環境污染的加劇，新型綠色能源的開發和應用已經成為了迫在眉睫的問題。鋰離子電池是一種新型的能源材料，具有巨大的前景。目前，鋰電池材料性能的主要限制是正極材料的電容量，安全性和壽命問題。最早用作二次鋰電池正極材料的鈷酸鋰雖然有高的理論容量，但是鈷元素本身價格昂貴而且具有毒性，成本較高。目前研究較多的鎳錳鈷三元體系正極材料雖然成本低、安全性好，但是其循環性能不佳。LiFeP04(以下簡稱LFP)作為一新型的鋰電池電極材料，LFP具有橄欖石結構，屬于正交晶系，其與FeP04結構的相似性使充放電時電極體積變化小、穩定性好。LFP理論容量有170mAh/g，放電平臺平穩保持在3.4V左右，循環特性優良，而且它良好的熱穩定性、安全環保和低成本等優點，讓它在電動力汽車和混合動力汽車上廣闊的應用前景。
[0003]目前用于制備LFP粉體的方法有很多，主要包括固相法和液相法兩種。固相法主要包括高溫固相法、碳熱還原法等，其工藝簡單適用于大規模生產，但是不容易制備組分均一的LFP粉體，雜相的存在一直難以避免；液相法主要包括溶膠凝膠法、水熱和溶劑熱法等，雖然液相法相對設備要求簡單，制備的粉體形貌和尺寸更容易控制，但是其工藝流程決定了難以大規模生產。
[0004]水熱高溫混合法是一種可用于大規模半連續化生產的新方法，它是將高溫下的溶液直接通過管道泵入反應腔內部，讓高溫液態的原料直接混合反應，通過大的過飽和度快速制備超細納米晶的一種技術。這一技術解決了傳統水熱法密閉反應的缺陷，通過不停泵入高溫溶液，可以在保持溫度和壓力的情況下半連續化生產，是一種具有很大潛力的新式生產方法。
[0005]
【發明內容】
[0006]技術問題
本發明要解決的技術問題是提供一種水熱高溫混合法，制備出納米級LiFePO4晶體(以下簡稱LFP晶體)，可用于大規模半連續化制備LFP晶體，并且容易通過溫度、濃度等因素控制粉體的尺寸和形貌，使其在鋰電池正極材料領域具有廣闊的應用前景。
[0007]技術方案
為了解決上述的技術問題，本發明的制備LiFeP04m米晶體的方法包括下列步驟:步驟一:稱取4-6mmol L1H.H2O作為Li源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到Li源前驅溶液；
步驟二:稱取2mmol磷酸作為P源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到P源前驅溶液；
步驟三:稱取2mmol FeSO4.7H 20作為Fe源，用去離子水溶解并加入一定量抗壞血酸作為還原劑，得到Fe源前驅溶液；
步驟四:選取L1、P、Fe三種前驅溶液中兩種，混合后轉移到水熱釜內襯的一個腔體內；將剩余的前驅溶液單獨轉移到另一個腔體中；
步驟五:將水熱釜內襯轉移至水熱釜體中正面放置并保證升溫過程中兩種溶液不接觸，升溫至120°C -220°C，然后將水熱釜反轉，保溫2h-24h得到沉淀物；
步驟六:將步驟五得到的沉淀物用去離子水過濾三次，用酒精過濾二次，抽慮后干燥，得到LiFePO4納米晶體。
[0008]有益效果
本發明的方法利用水熱高溫混合法，通過簡單的工藝，要求較低的條件，對環境沒有污染。克服了傳統水熱密閉的缺點，可用于半連續化生產，工藝過程更容易控制。而且所制備的LFP粉體純度高，尺寸小，結晶性良好。還可以根據不同的實際需要，改變pH，溫度等工藝條件控制LFP晶體的晶粒尺寸和形貌。
[0009]
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明一個實施例得到的磷酸鐵鋰粉體的XRD圖；
圖2是本發明一個實施例得到的磷酸鐵鋰粉體的SEM圖。
[0011]
【具體實施方式】
[0012]實施例一:
步驟一:稱取4-6mmol L1H.H2O作為Li源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到Li源前驅溶液；
步驟二:稱取2mmol磷酸作為P源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到P源前驅溶液；
步驟三:稱取2mmol FeSO4.7H 20作為Fe源，用去離子水溶解并加入一定量抗壞血酸作為還原劑，得到Fe源前驅溶液；
步驟四:將Li源和Fe源前驅溶液混合后轉移到水熱釜內襯的一個腔體內JfP源前驅溶液轉移到另一個腔體中；
步驟五:將水熱釜內襯轉移至水熱釜體中正面放置并保證升溫過程中兩種溶液不接觸，升溫至120°C -220°C，然后將水熱釜反轉，保溫2h-24h得到沉淀物；
步驟六:將步驟五沉淀物用去離子水過濾三次，用酒精過濾二次，抽慮后干燥，得到LiFeP04m米晶。
[0013]實施例二:
步驟一:稱取4-6mmol L1H.H2O作為Li源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到Li源前驅溶液；
步驟二:稱取2mmol磷酸作為P源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到P源前驅溶液；
步驟三:稱取2mmol FeSO4.7H 20作為Fe源，用去離子水溶解并加入一定量抗壞血酸作為還原劑，得到Fe源前驅溶液；
步驟四:將Li源、P源前驅溶液混合后轉移到水熱釜一個腔體內；將Fe源前驅溶液轉移到另一個腔體中；
步驟五:將內襯轉移至水熱釜體中正面放置并保證升溫過程中兩種溶液不接觸，升溫至120°C _220°C，然后將水熱釜反轉，保溫2h-24h得到沉淀物；
步驟六:將步驟五沉淀物用去離子水過濾三次，用酒精過濾二次，抽慮后干燥，得到LiFeP04m米晶。
[0014]實施例三:
步驟一:稱取4-6mmol L1H.H2O作為Li源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到Li源前驅溶液；
步驟二:稱取2mmol磷酸作為P源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到P源前驅溶液；
步驟三:稱取2mmol FeSO4.7H 20作為Fe源，用去離子水溶解并加入一定量抗壞血酸作為還原劑，得到Fe源前驅溶液；
步驟四:將Fe源、P源前驅溶液混合后轉移到水熱釜一個腔體內；將Li源前驅溶液轉移到另一個腔體中；
步驟五:將內襯轉移至水熱釜體中正面放置并保證升溫過程中兩種溶液不接觸，升溫至120°C _220°C，然后將水熱釜反轉，保溫2h-24h得到沉淀物；
步驟六:將步驟五沉淀物用去離子水過濾三次，用酒精過濾二次，抽慮后干燥，得到LiFeP04m米晶。
[0015]實施例四
步驟一:稱取4-6mmol L1H.H2O作為Li源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到Li源前驅溶液；
步驟二:稱取2mmol磷酸作為P源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到P源前驅溶液；
步驟三:稱取2mmol FeSO4.7H 20作為Fe源，用去離子水溶解并加入一定量抗壞血酸作為還原劑，得到Fe源前驅溶液；
步驟四:將Fe源、P源前驅溶液混合后轉移到水熱釜一個腔體內；將Li源前驅溶液轉移到另一個腔體中；
步驟五:將內襯轉移至水熱釜體中正面放置并保證升溫過程中兩種溶液不接觸，升溫至180°C，然后將水熱釜反轉，保溫2h-24h得到沉淀物；
步驟六:將步驟五沉淀物用去離子水過濾三次，用酒精過濾二次，抽慮后干燥，得到LiFeP04m米晶。
[0016]以XRD測定粉體的物相組成結構，以SEM測定粉體的微觀形貌，其結果如圖1和圖2所示，從中可知，水熱高溫混合法制備的磷酸鐵鋰粉體，具有純相的橄欖石結構，沒有雜質峰，衍射峰寬化。晶粒尺寸約為50~150nm，片狀晶體分散性好，晶粒發育沒有明顯的各向異性。
【主權項】
1.一種水熱高溫混合法制備LiFePO 4納米晶體的方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟一:稱取4-6mmol L1H.H2O作為Li源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到Li源前驅溶液； 步驟二:稱取2mmol磷酸作為P源，用去離子水溶解，磁力攪拌30min后得到P源前驅溶液； 步驟三:稱取2mmol FeSO4.7H 20作為Fe源，用去離子水溶解并加入一定量抗壞血酸作為還原劑，得到Fe源前驅溶液； 步驟四:選取步驟一至步驟三得到的L1、P、Fe三種前驅溶液中的兩種，混合后轉移到水熱釜內襯的一個腔體內；將剩余的前驅溶液單獨轉移到另一個腔體中； 步驟五:將水熱釜內襯轉移至水熱釜體中正面放置并保證升溫過程中兩種溶液不接觸，升溫至120°C -220°C，然后將水熱釜反轉，保溫2h-24h得到沉淀物； 步驟六:將步驟五得到的沉淀物用去離子水過濾三次，用酒精過濾二次，抽慮后干燥，得到LiFePO4納米晶體。
【專利摘要】本發明公開了一種水熱高溫混合法制備LiFePO4納米晶體的方法，其先制備Li、P、Fe三種前驅溶液，再選取其中的兩種，混合后轉移到水熱釜內襯的一個腔體內，將剩余的前驅溶液單獨轉移到另一個腔體中，進行水熱反應得到沉淀物，處理后得到LiFePO4納米晶體。本發明的方法可用于大規模半連續化制備LFP晶體，并且容易通過溫度、濃度等因素控制粉體的尺寸和形貌，使其在鋰電池正極材料領域具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】C01B25-45, B82Y30-00, H01M4-58
【公開號】CN104609384
【申請號】CN201510028328
【發明人】朱孔軍, 程蒙, 裘進浩
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月20日