專利名稱：一種納米磷酸鐵鋰的微波合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，特別是一種納米磷酸鐵鋰的微波合成方法。
背景技術(shù)：
在鋰離子電池中，正極材料是其最重要的組成部分，也是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵。磷酸鐵鋰材料具有安全性好、循環(huán)性能優(yōu)異、環(huán)境友好、原料來(lái)源廣泛等特點(diǎn)，其中， 鋰、鐵、磷都是地球上儲(chǔ)量豐富的元素，尤其是鐵系材料原料來(lái)源廣，價(jià)格低廉，被公認(rèn)為新一代鋰離子電池首選正極材料，已成為當(dāng)今世界上主要發(fā)達(dá)國(guó)家的重點(diǎn)研究和發(fā)展方向。 而且，由于其高溫下自身以及所使用的電解液穩(wěn)定，并具有良好的高溫循環(huán)性能，特別適合于做儲(chǔ)能電池和動(dòng)力電池。其次，其相對(duì)Ni-H，Ni-Cd電池有很大優(yōu)勢(shì)。磷酸鐵鋰動(dòng)力電池有七大優(yōu)勢(shì)一、超長(zhǎng)壽命。2000次循環(huán)容量保持率在80%以上。二、使用安全，磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問(wèn)題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強(qiáng)烈的碰撞下會(huì)產(chǎn)生爆炸對(duì)消費(fèi)者的生命安全構(gòu)成威脅，而磷酸鐵鋰以經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全測(cè)試即使在最惡劣的交通事故中也不會(huì)產(chǎn)生爆炸。三、可大電流快速充放電，在專用充電器下，1. 5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動(dòng)電流可達(dá)2C，而鉛酸電池則無(wú)此性能。四、耐高溫，磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350°C 500°C而鈷酸鋰和錳酸鋰只在20(TC左右。五、大容量。六、無(wú)記憶效應(yīng)。七、綠色環(huán)保。但是目前來(lái)說(shuō)，大多數(shù)磷酸鐵鋰正極材料的制備多是通過(guò)固相法燒結(jié)制備的，再對(duì)其進(jìn)行球磨混料混入碳進(jìn)行碳包覆，以增加磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能，而實(shí)際上，固相法制備的磷酸鐵鋰本身粒徑較大，且碳無(wú)法通過(guò)直接混合均勻的包覆在磷酸鐵鋰顆粒外面，其次， 即便是通過(guò)破碎等方法得到粒徑較小的磷酸鐵鋰，碳也無(wú)法全包覆在磷酸鐵鋰顆粒周圍。 其導(dǎo)電性依然受到局限，并且破碎法一方面所得的粒徑不均勻，效率較低，其次也容易破環(huán)材料的結(jié)構(gòu)，因而從根本上決定了其導(dǎo)電性能較差。與此同時(shí)，當(dāng)前磷酸鐵鋰無(wú)論是固相法還是液相法，多是通過(guò)高溫?zé)Y(jié)爐長(zhǎng)時(shí)間的燒結(jié)合成的，燒結(jié)過(guò)程中原料受熱不均勻，物相純度受到局限，且電力消耗巨大，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，一方面解決了固相法產(chǎn)物粒徑不均勻的弊端，可以達(dá)到分子級(jí)混合，得到粒徑均勻的產(chǎn)物，達(dá)到一次粒子納米化，二次粒子微米化，提高離子的傳輸率，從而提高其導(dǎo)電性能。另一方面通過(guò)微波燒結(jié)使得原料受熱均勻，得到物相均勻的納米磷酸鐵鋰，且燒結(jié)時(shí)間大大降低，節(jié)約大量電力資源，達(dá)到節(jié)能減排的目的。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，該方法主要通過(guò)使一次粒子納米化，二次粒子微米化，再通過(guò)微波進(jìn)行快速燒結(jié)合成，得到物相均勻的納米磷酸鐵鋰，主要包括以下步驟
(1) 一次造粒按照摩爾比為1 1稱取!^SO4和H3PO4溶于去離子水中，然后向其中加入絡(luò)合劑，其中，絡(luò)合劑與鐵離子的摩爾比為0.1 1，接著，在不斷攪拌的條件下，按照磷離子鐵離子鋰離子摩爾比為1 1 3的比例緩慢加入LiOH，形成混合溶液A，然后將該混合溶液A在110 140°C油浴中攪拌直至產(chǎn)生綠色沉淀，然后將該綠色沉淀進(jìn)行抽濾，洗滌，得到固體產(chǎn)物，最后將該固體產(chǎn)物在微波真空干燥機(jī)中于40 60°C干燥1 2h， 得到前軀體，然后將該前驅(qū)體進(jìn)行球磨粉碎，得到粒徑為20 50nm的備用前驅(qū)體；(2) 二次造粒將步驟(1)得到的備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液放進(jìn)密閉的真空容器中，加入導(dǎo)熱劑，利用攪拌機(jī)高速攪拌3小時(shí)，得到溶液B，將該溶液B通過(guò)噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，即得到微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰，其中，所述導(dǎo)熱劑加入的重量占備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液總重量的3 20% ；(3)微波燒結(jié)將步驟( 得到的微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，加熱2 15分鐘，即得物相均勻的納米磷酸鐵鋰。作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述絡(luò)合劑選自乙二醇、三乙醇胺、聚丙乙烯中的一種或幾種的混合物；作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述高分子聚合物溶液選自聚乙烯醇、酚醛樹(shù)脂、葡萄糖、蔗糖、聚乙烯、聚丙烯中的一種或幾種的混合物溶于水或醇配置成的溶液；作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述高分子聚合物溶液的濃度為1 10% ；作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述導(dǎo)熱劑選自納米級(jí)的炭黑、石墨、人造石墨的一種或幾種；作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述步驟⑴中在微波真空干燥機(jī)中在40 60°C干燥 1 2h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明納米磷酸鐵鋰的微波合成方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)微波燒結(jié)法得到納米球狀磷酸鐵鋰，一次粒子為20 lOOnm，二次粒子為3 50um ； 本發(fā)明方法在原料中加入導(dǎo)熱劑，可以使原料整體受熱均勻，避免出現(xiàn)外部溫度過(guò)高，而內(nèi)部溫度不夠的現(xiàn)象，得到物相均勻的產(chǎn)物，有利于制備性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰，節(jié)省能源，縮短生產(chǎn)周期。另外，與固相法相比，按照本發(fā)明方法得到的產(chǎn)物顆粒均勻一致，且為納米級(jí)粒子，導(dǎo)電性、一致性都得到提高。


圖1是本發(fā)明微波合成的磷酸鐵鋰三個(gè)實(shí)施例的XRD圖；圖2是本實(shí)施例2正極材料封裝成電池的3C的充放電曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明納米磷酸鐵鋰的微波合成方法進(jìn)行詳細(xì)描述實(shí)施例1a按照摩爾比為1 1的比例稱取Im0IFeSO4, ImolH3PO4 (按85%濃度磷酸的有效含量計(jì)算)，溶于2000ml的去離子水中，然后加入0. Imol絡(luò)合劑乙二醇，不斷攪拌下，緩慢加入3mol的氫氧化鋰溶液3000ml，形成混合溶液A ；b將步驟a得到的混合溶液A在110°C油浴中持續(xù)攪拌Ih至產(chǎn)生綠色沉淀，將綠色沉淀進(jìn)行抽濾，洗滌，得到固體產(chǎn)物；c將步驟b得到的固體產(chǎn)物在微波真空干燥機(jī)中于40°C干燥池，得到前軀體，然后將該前驅(qū)體進(jìn)行球磨粉碎，得到粒徑為20nm的備用前驅(qū)體粉末；d將步驟c得到的備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液放進(jìn)密閉的真空容器中， 再加入導(dǎo)熱劑，其中，所述導(dǎo)熱劑加入的重量占備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液總重量的3%，利用攪拌機(jī)高速攪拌1小時(shí)，得到溶液B，將該溶液B通過(guò)噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，即得到微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰；e微波燒結(jié)，將步驟d得到的經(jīng)二次造粒所得的微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，加熱2分鐘，即得物相均勻的納米磷酸鐵鋰。實(shí)施例2a按照摩爾比為1 1的比例稱取Im0IFeSO4, ImolH3PO4 (按85%濃度磷酸的有效含量計(jì)算)，溶于2000ml的去離子水中，然后加入0. Imol絡(luò)合劑三乙醇胺，不斷攪拌下，緩慢加入3mol的氫氧化鋰溶液3000ml，形成混合溶液A ；b將步驟a得到的混合溶液A在130°C油浴中持續(xù)攪拌1. 5h至產(chǎn)生綠色沉淀，將綠色沉淀進(jìn)行抽濾，洗滌，得到固體產(chǎn)物；c將步驟b得到的固體產(chǎn)物在微波真空干燥機(jī)中于50°C干燥1. ，得到前軀體，然后將該前驅(qū)體進(jìn)行球磨粉碎，得到粒徑為35nm的備用前驅(qū)體粉末；d將步驟c得到的備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液放進(jìn)密閉的真空容器中， 再加入導(dǎo)熱劑，其中，所述導(dǎo)熱劑加入的重量占備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液總重量的10%，利用攪拌機(jī)高速攪拌2小時(shí)，得到溶液B，將該溶液B通過(guò)噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，即得到微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰；e微波燒結(jié)，步驟d得到的經(jīng)二次造粒所得的微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，加熱8分鐘，即得物相均勻的納米磷酸鐵鋰。實(shí)施例3a按照摩爾比為1 1的比例稱取Im0IFeSO4, ImolH3PO4 (按85%濃度磷酸的有效含量計(jì)算)，溶于2000ml的去離子水中，然后加入0. Imol絡(luò)合劑聚丙乙烯，不斷攪拌下，緩慢加入3mol的氫氧化鋰溶液3000ml，形成混合溶液A ；b將步驟a得到的混合溶液A在140°C油浴中持續(xù)攪拌池至產(chǎn)生綠色沉淀，將綠色沉淀進(jìn)行抽濾，洗滌，得到固體產(chǎn)物；c將步驟b得到的固體產(chǎn)物在微波真空干燥機(jī)中于60°C干燥lh，得到前軀體，然后將該前驅(qū)體進(jìn)行球磨粉碎，得到粒徑為50nm的備用前驅(qū)體粉末；d將步驟c得到的備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液放進(jìn)密閉的真空容器中， 再加入導(dǎo)熱劑，其中，所述導(dǎo)熱劑加入的重量占備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液總重量的20%，利用攪拌機(jī)高速攪拌3小時(shí)，得到溶液B，將該溶液B通過(guò)噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，即得到微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰；e微波燒結(jié)，將步驟d得到的經(jīng)二次造粒所得的微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，加熱15分鐘，即得物相均勻的納米磷酸鐵鋰。在上述實(shí)施例中，所述絡(luò)合劑選自乙二醇、三乙醇胺、聚丙乙烯中的一種或幾種的混合物。所述高分子聚合物溶液選自聚乙烯醇、酚醛樹(shù)脂、葡萄糖、蔗糖、聚乙烯、聚丙烯中的一種或幾種的混合物溶于水或醇配置成的溶液，該溶液的濃度為1 10%。所述導(dǎo)熱劑選自納米級(jí)的炭黑、石墨、人造石墨的一種或幾種。經(jīng)測(cè)試，如圖1所示，三個(gè)實(shí)施例所得到樣品的XRD可以看出，結(jié)晶是很好的磷酸鐵鋰晶型，結(jié)晶純度很好。說(shuō)明微波合成有助于磷酸鐵鋰結(jié)晶純度的提高，使產(chǎn)品純度均勻，一致性好。而圖2是實(shí)施例2樣品材料封裝成電池的3C的充放電曲線，可以看出，在3C 的充放電測(cè)試下，材料具有較高的比容量。以上所述僅為發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于該方法主要通過(guò)使一次粒子納米化，二次粒子微米化，再通過(guò)微波進(jìn)行快速燒結(jié)合成，得到物相均勻的納米磷酸鐵鋰，主要包括以下步驟(1)一次造粒按照摩爾比為1 1稱取狗504和氏 04溶于去離子水中，然后向其中加入絡(luò)合劑，其中，絡(luò)合劑與鐵離子的摩爾比為0.1 1，接著，在不斷攪拌的條件下，按照磷離子鐵離子鋰離子摩爾比為1 1 3的比例緩慢加入LiOH，形成混合溶液A，然后將該混合溶液A在110 140°C油浴中攪拌直至產(chǎn)生綠色沉淀，然后將該綠色沉淀進(jìn)行抽濾，洗滌，得到固體產(chǎn)物，最后將該固體產(chǎn)物在微波真空干燥機(jī)中干燥后，得到前軀體，然后將該前驅(qū)體進(jìn)行球磨粉碎，得到粒徑為20 50nm的備用前驅(qū)體粉末；(2)二次造粒將步驟(1)得到的備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液放進(jìn)密閉的真空容器中，加入導(dǎo)熱劑，利用攪拌機(jī)高速攪拌3小時(shí)，得到溶液B，將該溶液B通過(guò)噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，即得到微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰，其中，所述導(dǎo)熱劑加入的重量占備用前驅(qū)體粉末和高分子聚合物溶液總重量的3 20% ；(3)微波燒結(jié)將步驟( 得到的微米級(jí)粒徑的球體磷酸鐵鋰裝入坩堝中，置于微波燒結(jié)爐內(nèi)，加熱2 15分鐘，即得物相均勻的納米磷酸鐵鋰。
2.如權(quán)利要求1所述的納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于所述絡(luò)合劑選自乙二醇、三乙醇胺、聚丙乙烯中的一種或幾種的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于所述高分子聚合物溶液選自聚乙烯醇、酚醛樹(shù)脂、葡萄糖、蔗糖、聚乙烯、聚丙烯中的一種或幾種的混合物溶于水或醇配置成的溶液。
4.如權(quán)利要求1或3所述的納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于所述高分子聚合物溶液的濃度為1 10%。
5.如權(quán)利要求1所述的納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于所述導(dǎo)熱劑選自納米級(jí)的炭黑、石墨、人造石墨的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述的納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于所述步驟(1)中在微波真空干燥機(jī)中在40 60°C干燥1 池。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米磷酸鐵鋰的微波合成方法，該方法主要通過(guò)使一次粒子納米化，二次粒子微米化，再通過(guò)微波進(jìn)行快速燒結(jié)合成，得到物相均勻的納米磷酸鐵鋰，一方面解決了固相法產(chǎn)物粒徑不均勻的弊端，可以達(dá)到分子級(jí)混合，得到粒徑均勻的產(chǎn)物，達(dá)到一次粒子納米化，二次粒子微米化，提高離子的傳輸率，從而提高其導(dǎo)電性能。另一方面通過(guò)微波燒結(jié)使得原料受熱均勻，得到物相均勻的納米磷酸鐵鋰，且燒結(jié)時(shí)間大大降低，節(jié)約大量資源，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102275890SQ20111020041
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者王少卿 申請(qǐng)人:彩虹集團(tuán)公司