[发明专利]一种爆炸合成纳米级磷酸铁锂电池材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米级磷酸铁锂阴极锂电池材料的新型制备方法。

背景技术

对于动力电池来说，使用寿命的长短非常关键，目前使用的动力电池在使用过程中，随着时间的延长其寿命会大打折扣，一般动力电池使用两年后就会出现各种各样的问题，但是磷酸铁锂电池却可以克服上述缺点，而且其安全性能也要远远高于现在使用的动力电池，按照基本循环次数的换算，磷酸铁锂电池最少可以使用五年性能而不会变化，同时节约的成本可以达到百分之十五以上，符合资源的战略使用，同时也可以预见在二十一世纪，环保的电动汽车必定会成功商业化。所以加紧对此种电池材料的研究在国内外都在紧张进行，尤其是对纳米磷酸铁锂的研究，期望其可以率先产业化。

在近年来，对于磷酸铁锂的研究方向值得一提的还有是其球形形貌的研究，研究发现球形颗粒的磷酸铁锂正极材料对电池性能的提高有很大帮助；本发明使用的爆炸法在材料形貌的控制这一块有其独特的优势，因为爆炸反应的时间在微秒级，成核的颗粒来不及长大，并且没有方向选择的优势，在形貌控制上呈现的是球形，同时在爆炸能量的作用下，所有参加反应的物质都发生离解及化学键发生断裂，物质发生原子程度上的重新组合，此时就比较适合掺杂改性，在一定程度上可以提高磷酸铁锂的电子导电率。

很多研究者利用爆炸法都成功合成了纳米材料，而且其性能优良，并且可以在合成过程中可以同时进行包覆和掺杂改性等措施。所以只要合成的条件合适，目标产物的形成是可以确定的。其次，在爆炸产物的形成过程中，只要炸药的配方合理即氧平衡达到零，爆炸生成的气体基本都是无毒无污染的，对环境比较友好，不需要像其它制备方法还要对废物进行处理，不会发生能源浪费。

利用炸药生成的高温高压条件来合成所需要的纳米磷酸铁锂材电池材料，是一种成本比较低廉，稳定性可靠，并且比较环保的一种新型制备方法，同时通过对爆炸产物的检测可以更深一层的研究爆轰反应区的微观现象，以此为基础发展纳米尺度行为与爆轰波结构模型之间的关系，因此，在纳米材料的高速高效合成以及材料的活法研究这一领域，爆炸法具有其不可替代的优势，具有较大的发展空间。

发明内容

本发明是为了解决纳米磷酸铁锂合成技术所存在的上述问题，提供一种工艺流程相对简单、生产效率高的制备方法，其可以合成30～80nm的磷酸铁锂，用于电池材料。

一种爆炸合成纳米级磷酸铁锂电池材料的方法，包括以下步骤：

a、制备密度为0.9～1.2g/cm³的专用混合炸药；

b、将专用混合炸药置于爆炸装置中，装置的容积为44L；

c、引爆药包，收集爆炸产物，对产物进行筛选及热处理；

所述专用混合炸药的制备方法为：重量比为A₁：A₂：A₃=（0.668～0.775）：（0.065～0.114）：（0.218～0.230）中加入去离子水混合均匀；其中A₁：Fe（NO₃）₃·9H₂O；A₂：LiNO₃或Li₂CO₃；A₃：（NH₄）₂HPO₄；再加入SP氧平衡调解物，制成前驱体溶液；所述前驱体溶液加热100℃去水后，冷却，加入B：C₃H₆O₆N₆，20-23%制成专用混合炸药。

所述步骤c中，爆炸结束约十分钟后，对爆炸灰进行收集，将产物先用200目/英寸进行筛选，接着将得到的样品用烘箱100℃去除水分以得到干燥的粉末，再用箱式电阻炉在无氧的环境下通过双坩埚法热处理加热到550℃，加热焙烧2h。

上述方法得到的纳米级磷酸铁锂电池材料，粒度为30～80nm。可用于电池的阴极或阳极材料。