[发明专利]一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备，确切的说是一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法。

背景技术

 在20世纪90年代初，锂离子二次电池由日本 SONY 公司开发成功后，就成为全世界研究的热点。与铅酸蓄电池、镍-镉电池和镍-氢电池相比，锂离子二次电池具有工作电压高、比能量高、体积小、无记忆效应和循环寿命长等优点。目前，锂离子二次电池广泛应用于移动电话、笔记本电脑和摄像机等便携式电子设备中；同时在电动汽车、航空、航天和空间技术等领域也有相当的应用前景。目前使用的最多的锂离子电池正极材料是层状的过渡金属氧化物LiCoO₂材料。除此之外用于锂离子电池的正极材料还有LiNiO₂、尖晶石型化合物LiMn₂O₄等材料。从材料的充放电电压、充放电可逆性、充放电效率、放电容量等方面的性能来看，LiCoO₂材料是非常适合作为锂离子电池正极材料的，它的唯一不足是成本太高，LiNiO₂材料具有与LiCoO₂材料相同的结构，层状LiNiO₂材料非常难以合成；LiMn₂O₄就是它的理论容量较小，循环性能不好。

LiFePO₄的理论容量为170mAh/g，放电平台3.4V，由于在锂的脱出和嵌入过程中无体积变化，高温下充放电不释出活性氧，具有优良的循环性和安全性，这些优点促进LiFePO₄正极材料的发展。但是LiFePO4的电子电导率极低，室温下仅为10-7～10-9S/cm，属于一种半导体材料；况且该材料的锂离子扩散速率也不如人意，使得它在大电流充放电时容量迅速下降，高倍率性能差,而且LiFePO₄的制备过程中存在工艺复杂、耗能大、成本高、性能一致性差和颗粒分布不均匀等缺点，从而制约了LiFePO₄的实际应用

解决LiFePO₄电导率低和离子扩散慢的问题，目前研究认可的途径主要有二：

1、通过离子掺杂和碳包覆合成LiFePO₄/C复合材料或通过其他途径增强其导电性；

2、制备粒径小且分布均匀的LiFePO₄颗粒，以减少锂离子的扩散路径。开发一种工艺简单、颗粒分布均匀、性能优良的合成工艺，解决LiFePO₄正极材料的发展所遇的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、易于控制的离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法。

本发明采用如下技术方案：

本发明的特征在于其包括以下步骤：

A、将铁源、镍源、有机酸和磷源按照一定比例溶于去离子水中，加入为离子掺杂高性能磷酸铁锂产品理论产量的1%～10%的分散剂，不断搅拌，得混合溶液，再将均匀溶于去离子水的锂源慢慢滴加到混合溶液中，其中Li：Fe：Ni：P=3～3.5:1-x:x：1～1.2，x=0.01～0.06，滴加结束后调节PH至7.5～8.2，得弱碱性混合溶液；

B、将A步骤所得弱碱性混合溶液转移到高压反应釜中，封闭反应釜，在80℃～220℃下保温1h～3h，冷却后，取出反应生成物，将生成物过滤洗涤，再将所得滤饼在50℃～100℃下干燥，得到含镍的磷酸铁锂粉末；

 C、将步骤B所得的含镍的磷酸铁锂粉末与含碳有机化合物按照质量比10:1～4在酒精中球磨1～3h，在50℃～100℃下干燥，再在氮气保护下，于600℃～800℃烧结1～4h，即得产品。

所述的镍源为醋酸镍或氯化镍，所述的铁源为硫酸亚铁或氯化亚铁，所述的有机酸为马来酸、柠檬酸和抗坏血酸中的一种，所述的分散剂为聚乙烯醇，聚丙烯酰胺中的一种或两种，所述的磷源为磷酸或磷酸二氢铵，所述的锂源为氢氧化锂或醋酸锂，所述的含碳有机化合物为马来酸、蔗糖和淀粉中的一种。

     所述的一种离子掺杂高性能磷酸铁锂的水热合成制备法，其特征在于：步骤B中所述的过滤操作中使用40℃～50℃的去离子水，步骤B与步骤C中的干燥均在真空中进行。

本发明的有益效果在于：