[发明专利]溶胶-凝胶法制备正极材料磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶胶-凝胶法制备正极材料磷酸铁锂的方法。

背景技术

锂离子电池被认为是目前最佳的绿色环保理想电源，受到科技及工业界高度重视，并得到广泛应用。LiFePO₄作为极具潜力的锂离子电池正极材料，具有较高电势。这种材料能量密度高，而且原料丰富、成本低、对环境友好。

LiFePO₄主要制备方法有固相法、碳热还原法和水热法等，通过传统的制备方法难以合成电化学性能好的LiFePO₄。如何控制粒度大小，提高电导率和离子扩散速率成为LiFePO₄研究的主要方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种溶胶-凝胶法制备正极材料磷酸铁锂的方法，使产品的粒径分布均匀、细小、电导率和电化学性能提高。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明的工艺具体步骤为：

将摩尔比分别为1.9-2.1:1.9-2.1:0.95-1.1:1.9-2.1铁盐、锂盐、螯合剂和磷酸盐溶于水后混合均匀，采用15％的氨水调节pH在8-10，搅拌至粘稠，干燥后将其在非氧化性气氛下于600℃-700℃烧结12-24h，冷却得到磷酸铁锂。

所述铁盐为柠檬酸铁或硝酸铁。

所述锂盐为氢氧化锂、硝酸锂或醋酸锂。

所述螯合剂为聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000或聚乙二醇-10000。

所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸铵。

所述非氧化性气氛为氩气、氮气或氢气。

本发明简化了合成工艺，在溶胶步骤将原料混合到分子级，降低烧结温度,有机物在预处理阶段分解生成碳并均匀地分散于前驱体中，可有效抑制样品晶粒的过分长大，使所合成材料粒径分布均匀、细小、电导率提高；合成温度和烧结时间可调，可得到不同粒度的材料；样品的充放电性能和循环性能提高；本发明的方法简单方便、易于控制，制备成本降低。

附图说明

图1为本发明实施例1的2号样品LiFePO₄的XRD图。

图2为本发明实施例1的2号样品LiFePO₄的SEM图。

图3为本发明实施例1的2号样品LiFePO₄的首次充放电曲线。

图4为本发明实施例1的2号样品LiFePO₄的循环性能曲线。

具体实施方式

实施例1：

将0.19mol硝酸铁和0.21mol氢氧化锂、0.105mol PEG-4000和0.21mol磷酸二氢氨溶于水后混合均匀,加入用15％的氨水调节pH至9，搅拌至粘稠，干燥后在氩气气氛下分别于600℃、650℃、700℃烧结18h，冷却后即为LiFePO₄。所得到的产物经X射线衍射分析，表明均为LiFePO₄，没任何杂相，通过SEM可得到产物的粒径在0.1μm左右。将所得到的产物组装成实验扣式电池测其充放电比容量和循环性能，在0.1C的倍率下进行充放电，其首次放电容量和循环30次后放电容量见表1。

表1 实施例1的实验条件和结果

实施例2：

将0.20mol柠檬酸铁和0.20mol醋酸锂、0.10mol PEG-10000和0.20mol磷酸氢二氨溶于水后混合均匀,采用15％的氨水调节pH至10，搅拌至粘稠，干燥后在氮气气氛下于600℃烧结12、18和24h，冷却后即为LiFePO₄。所得到的产物经X射线衍射分析，表明均为LiFePO₄，没任何杂相，通过SEM可得到产物的粒径在0.1μm左右。将所得到的产物组装成实验扣式电池测其充放电比容量和循环性能，在0.1C的倍率下进行充放电，其首次放电容量和循环30次后放电容量见表2。

表2 实施例2的实验条件和结果