[发明专利]一种纳米LiFePO4材料的固相烧结合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及以LiFePO₄为正极材料的锂离子二次电池制造技术领域，特别涉及一种具有纳米尺度的LiFePO₄材料的固相烧结合成方法。

背景技术

作为锂离子二次电池的正极材料，目前主要研究的有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等。橄榄石状的LiFePO₄与之比较，主要有以下几个优点：(1)高能量密度，其理论比容量为169.8890mAh/g，可大倍率充放电；(2)高安全性，无污染；(3)循环寿命长，可达2000次以上，无记忆效应等。

目前通常采用的固相烧结法制备LiFePO₄，主要采用二价铁源，价格昂贵，且前躯体容易被氧化，烧结需要长时间的保温，这些影响了批量生产的速率和成本。

发明内容

本发明的目的在于利用更为稳定廉价的三价铁为铁源，同时利用纳米前驱体制备纳米LiFePO₄正极材料，减小了反应所需的活化能，缩短了固相反应中离子的扩散路径，提高其电化学性能。

一种纳米LiFePO₄材料的固相烧结合成方法，包括如下步骤：

1)将锂盐、含三价铁的铁盐、磷盐和碳源搅拌混合后，然后加入磨介，进行高速机械球磨，得到固相反应混合前驱体粉料；

2)将所述混合前驱体粉料在非氧化性保护气体氛围中直接煅烧制成LiFePO₄/C材料，无需预烧结。

所述锂盐、铁盐、磷盐和碳源的投料质量比为0.90～1.10∶0.90～1.10∶0.90～1.10∶0.90～1.10。锂盐、铁盐、磷盐和碳源混合后的总质量与磨介的质量比为1∶1～20。在原料进行高速球磨同时还可以加入溶剂助磨，溶剂为去离子水、烷、酮或醇中的至少任意一种，所述锂盐、铁盐、磷盐和碳源混合后的总质量与溶剂的质量比为1∶1～30，球磨时间为1～20小时。

在步骤2)中，所述煅烧的烧结温度为350～800℃，煅烧时间为0.5～5小时，优选烧结温度为740℃，烧结时间5h。

本发明通过对锂盐、铁盐、磷盐和碳源以一定的比例配比，采取纳米的三价铁为铁源，使三价铁还原更加充分，在固相反应时缩短了各种物质的扩散路径，加快固相反应，从而能在较短时间内烧结得到性能良好的纳米LiFePO₄正极材料，克容量达到155mAh/g以上。

附图说明

图1为(a)纳米Fe₂O₃的SEM照片，(b)普通Fe₂O₃的SEM照片。

图2为纳米Fe₂O₃的TEM照片。

图3为(a)纳米Fe₂O₃和(b)普通Fe₂O₃的粒径分布图。

图4为(a)纳米Fe₂O₃的前驱体和(b)普通Fe₂O₃的前驱体在740°煅烧5h后的SEM照片。

图5为(a)纳米Fe₂O₃的前驱体和(b)普通Fe₂O₃的前驱体在740°煅烧5h后的TEM照片。

图6为(a)纳米Fe₂O₃的前驱体和普通Fe₂O₃的前驱体在740°煅烧5h后的XRD全图，(b)纳米Fe₂O₃的前驱体和普通Fe₂O₃的前驱体在740°煅烧5h后的XRD局部图。

图7为(a)纳米Fe₂O₃和(b)普通Fe₂O₃在740°煅烧5h得到LiFePO₄的在0.1C下充放电曲线图谱。

图8为(a)纳米Fe₂O₃和(b)普通Fe₂O₃在740°煅烧5h得到LiFePO₄的在0.5C下充放电曲线图谱。