專利名稱：一種合成鋰離子電池正極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源材料制備工藝領(lǐng)域，涉及一種合成鋰離子電池正極材料的方法。
背景技術(shù)：
1997年A. K. Padhi首次報導(dǎo)磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)具有脫嵌鋰功能，因其具有高 的能量密度、低廉的價格、優(yōu)異的安全性的特點，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為最有可能成為EV電池用正極 材料。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)多采用高溫固相法合成磷酸亞鐵鋰，該工藝路線簡單易操作工業(yè)生產(chǎn) 中得到廣泛應(yīng)用，但是材料合成中存在高溫固相法本身無法解決的問題1、原材料采用機 械混合，各組分混合不夠充分產(chǎn)物一致性差。2、保溫時間過長，能耗大且Li離子在長期保 溫過程中易揮發(fā)不利于控制組分比例。3、所得產(chǎn)物形貌一致性差不利于材料的后期加工。 4、混料和樣品后處理過程中過多依靠機械研磨易于引入雜質(zhì)。上述問題導(dǎo)致當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn) 中磷酸亞鐵鋰的批次穩(wěn)定性差，不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。解決高溫固相法合成過程中存在的問題，最有效的方法是采用濕化學(xué)工藝，該工 藝方法原材料在液相中以離子方式進行混合有效組分混合一致性好，不會引入雜質(zhì)；所得 產(chǎn)物粒度分布均勻，無需機械球磨晶體結(jié)構(gòu)損傷??；產(chǎn)物一次粒子可實現(xiàn)納米化有效縮短 了離子傳輸路徑提高了鋰離子傳輸效率。本發(fā)明采用濕化學(xué)法制備出一次粒子粒徑在20nm以下并且粒度分布集中的 LiFePO4M料，有效縮短了離子傳輸路徑提高了鋰離子傳輸效率，利于大功率充放電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種合成鋰離子電池正極材料Li1+xFeP04的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案提供一種鋰離子電池正極材料，其 特征在于所述合成鋰離子電池正極材料為Li1+xFeP04，其中0 < χ < 0. 2。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種合成鋰離子電池正極材料的方法，所述的方法 包括以下步驟1)將含有Li+、Fe2+、P043—的可溶化合物，按照化學(xué)計量比Li+、Fe2+、P043-= (1+x) 1 1 (0 ^ χ ^ 0. 2)分別溶解于去離子水中；2)將由步驟1)得到的溶液混合均勻并加入有機大分子化合物的酒精溶液，其中 所述有機大分子化合物的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，濃度為0. 1 1摩爾/升，再將混合液 體通過噴霧干燥的方法進行干燥造粒得到Li1+xFeP04前驅(qū)體；3)將由步驟2)得到的Li1+xFeP04前驅(qū)體置于燒結(jié)爐中在保護氣氛下高溫?zé)Y(jié)得 鋰離子電池正極材料。所述含有Li+ 的可溶化合物為 LiOH · H2O, LiN03、LiC2H3O2 · 2H20 或 Li2C204。所述含有Fe2+的可溶化合物為Fe (NO3) 2 · 6H20。所述含有PO43-的可溶化合物為Η3Ρ04。所述有機大分子化合物為聚乙二醇或者聚乙烯醇。
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所述噴霧干燥過程進料口溫度控制在165 °C -200 °C。所述燒結(jié)過程中的保護氣氛采用高純N2、Ar、Ν/Η混合氣體作為保護氣。所述前驅(qū)體的燒結(jié)溫度為550°C _750°C，燒結(jié)時間在彡2小時。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明原材料在液相中以離子方式進行 混合有效組分混合一致性好，不會引入雜質(zhì)；所得產(chǎn)物粒度分布均勻，無需機械球磨晶體結(jié) 構(gòu)損傷??；產(chǎn)物一次粒子可實現(xiàn)納米化有效縮短了離子傳輸路徑提高了鋰離子傳輸效率.


圖1是以實施例1所得樣品為例整體形貌圖像。圖2是以實施例1所得樣品為例對樣品局部放大所得一次粒子形貌圖像。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明做詳細描述，下述實施例僅用于說明本發(fā)明，但并 不用于限定本發(fā)明的實施范圍。實施例1 以Fe (NO3) 2 · 6H20、LiOH · H2O, H3PO4 為原料，Li1+xFeP04 (χ = 0)各組分物質(zhì)的量之 比Li Fe P= 1 1 1。將上述試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，將上 述溶液混合均勻后加入聚乙二醇的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，其中聚乙二醇的酒精溶液的 濃度為0. 1摩爾/升。再將上述混合溶液進行噴霧干燥，保持進料口溫度為185°C干燥產(chǎn) 物在N2/H2 = 9 1(體積比)氣氛中750°C燒結(jié)2小時，冷卻取出即得到粒度分布集中的 LiFePO4材料(如附圖1所示)，一次粒子直徑在20nm以下(如附圖2所示)且粒徑分布 具有良好的一致性。實施例2 以Fe(NO3)2 KH2CKLiOH ·Η20、Η3Ρ04 為原料，Li1+xFeP04 (χ = 0. 05)各組分物質(zhì)的量 之比Li Fe P = 1.05 1 1。將上述試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液， 將上述溶液混合均勻后加入聚乙烯醇的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，其中聚乙烯醇的酒精溶 液的濃度為0. 5摩爾/升。再將上述混合溶液進行噴霧干燥，保持進料口溫度為165°C干燥 產(chǎn)物在高純N2氣氛中650°C燒結(jié)5小時，冷卻取出即得到粒度分布集中的Liu5FePO4材料， 一次粒子直徑在20nm以下且粒徑分布具有良好的一致性。實施例3 以Fe (NO3) 2 · 6H20、LiC2H3O2 · 2H20、H3PO4 為原料，Li1+xFeP04 (χ = 0. 1)各組分物質(zhì) 的量之比Li Fe P = 1. 1 1 1。將上述試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶 液，將上述溶液混合均勻后加入聚乙烯醇的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，其中聚乙烯醇的酒 精溶液的濃度為0. 7摩爾/升。再將上述混合溶液進行噴霧干燥，保持進料口溫度為180°C 干燥產(chǎn)物在高純Ar氣氛中550°C燒結(jié)10小時，冷卻取出即得到粒度分布集中的LiuFePO4 材料，一次粒子直徑在20nm以下且粒徑分布具有良好的一致性。實施例4 以Fe(NO3)2 ·6Η20、Ι^2(:204、H3PO4 為原料，Li1+xFeP04 (χ = 0. 15)各組分物質(zhì)的量之 比Li Fe P = 1.15 1 1。將上述試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，將
4上述溶液混合均勻后加入聚乙二醇的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，其中聚乙二醇的酒精溶液 的濃度為0. 8摩爾/升將上述混合溶液進行噴霧干燥，保持進料口溫度為200°C干燥產(chǎn)物在 高純N2/H2 = 95 5(體積比)氣氛中700°C燒結(jié)5小時，冷卻取出即得到粒度分布集中的 Liu5FePO4M料，一次粒子直徑在20nm以下且粒徑分布具有良好的一致性。實施例5 以Fe (NO3)2 · 6H20、Li2C2O4, H3PO4 為原料，Li1+xFeP04 (χ = 0. 2)各組分物質(zhì)的量之 比Li Fe P = 1.2 1 1。將上述試劑分別溶于去離子水中得到透明均相溶液，將上 述溶液混合均勻后加入聚乙烯醇的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，其中聚乙烯醇的酒精溶液的 濃度為1摩爾/升。再將上述混合溶液進行噴霧干燥，保持進料口溫度為180°C干燥產(chǎn)物在 高純N2氣氛中600°C燒結(jié)10小時，冷卻取出即得到粒度分布集中的Li1.2FeP04材料，一次粒 子直徑在20nm以下且粒徑分布具有良好的一致性。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能 一次而理解為對本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不 脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因 此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種鋰離子電池正極材料，其特征在于所述合成鋰離子電池正極材料為Li1+xFePO4，其中0≤x≤0.2。
2.一種合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述的方法包括以下步驟1)將含有Li+、Fe2+、PO43-的可溶化合物，按照化學(xué)計量比Li+、Fe2+、P043-= (1+x) 1 1 (0 ^ χ ^ 0. 2)分別溶解于去離子水中；2)將由步驟1)得到的溶液混合均勻并加入有機大分子化合物的酒精溶液，其中所述 有機大分子化合物的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，濃度為0. 1 1摩爾/升，再將混合液體通 過噴霧干燥的方法進行干燥造粒得到Li1+xFeP04前驅(qū)體；3)將由步驟2)得到的1^1+/沖04前驅(qū)體置于燒結(jié)爐中在保護氣氛下高溫?zé)Y(jié)得鋰離 子電池正極材料。
3.如權(quán)利要求2所述的合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述含有Li+的 可溶化合物為 LiOH · H2O, LiN03、LiC2H3O2 · 2H20 或 Li2C204。
4.如權(quán)利要求2所述的合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述含有Fe2+ 的可溶化合物為Fe(NO3)2 · 6H20。
5.如權(quán)利要求2所述的合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述含有 PO43-的可溶化合物為H3PO4。
6.如權(quán)利要求2所述的合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述有機大分 子酒精溶液為聚乙二醇或者聚乙烯醇。
7.如權(quán)利要求2所述的合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述噴霧干燥 過程進料口溫度控制在165°C -200°C。
8.如權(quán)利要求2所述的合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述燒結(jié)過程 中的保護氣氛采用高純N2、Ar、N/H混合氣體作為保護氣。
9.如權(quán)利要求2所述的合成鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于所述前驅(qū)體的 燒結(jié)溫度為550°C _750°C，燒結(jié)時間彡2小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種合成鋰離子電池正極材料Li1+xFePO4的新方法，其特征在于所制備正極材料化學(xué)組成滿足Li1+xFePO4，其中0≤x≤0.2。具體實施方案為按照上述分子式的化學(xué)計量比將含有Li+、Fe2+、PO43-的可溶化合物分別溶于去離子水，將上述溶液進行混合均勻并加入有機大分子的酒精溶液作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)合劑，將上述混合液體通過噴霧干燥的方法進行干燥造粒得到Li1+xFePO4前驅(qū)體，將所得前驅(qū)體置于燒結(jié)爐中在保護氣氛下進行高溫?zé)Y(jié)。本發(fā)明制備方法制得的Li1+xFePO4正極材料化學(xué)組分一致性好，粒度分布集中，一次粒子直徑為納米級，有效縮短了離子傳輸路徑提高了鋰離子傳輸效率，利于大功率充放電。
文檔編號H01M4/58GK101976736SQ201010294870
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者趙金鑫 申請人:彩虹集團公司