專利名稱：一種碳包覆磷酸鐵鋰的微波合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源功能材料的制備方法，特別涉及到鋰離子電池正極材料的制備。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用的鋰離子電池正極材料是層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2，但由于其價(jià)格昂貴且毒性較大，尋找可替代LiCoO2的正極材料的要求越來越強(qiáng)烈。橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4由于具有價(jià)格低廉，熱穩(wěn)定性好，無污染等特點(diǎn)成為最有潛力的候選正極材料之一。LiFePO4的合成方法包括固相法和液相法等。專利CN1401559將一定比例的鋰鹽，亞鐵鹽和磷酸鹽混合后在惰性氣氛下加熱一定時(shí)間可得LiFePO4；專利CN1431147A將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物及摻雜劑和導(dǎo)電劑的溶液或懸濁液制得前驅(qū)體，再將前軀體在一定溫度下加熱一定時(shí)間制得磷酸鐵鋰。以上方法的顯著缺點(diǎn)是加熱時(shí)間過長(zhǎng)，從而增加生產(chǎn)周期并且耗能較大。專利CN1541273A將碳酸鋰、草酸亞鐵和磷酸二氫銨按化學(xué)計(jì)量比配比，用丙酮作分散劑球磨混合，干燥壓片后置于裝有活性炭的坩堝中，微波加熱3-30分鐘。此方法不用惰性氣體保護(hù)，但是由于加熱時(shí)間短，而原料導(dǎo)熱性不好，熱量不能迅速由原料外部傳至內(nèi)部，從而當(dāng)原料塊較大時(shí)制得的材料出現(xiàn)內(nèi)外不均相，影響材料制備的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出采用微波合成方法，將原料碳酸鋰或氫氧化鋰、草酸亞鐵或乙酸亞鐵或乳酸亞鐵、磷酸二氫銨或磷酸氫二銨及導(dǎo)熱劑和用于碳包袱的有機(jī)化合物混合后，用活性炭或石墨作微波吸收劑，在微波快速合成磷酸鐵鋰時(shí)，使較大的原料塊能夠內(nèi)外均勻受熱，從而易于控制相均勻的磷酸鐵鋰的制備條件，縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省能耗。同時(shí)有機(jī)化合物分解產(chǎn)生的對(duì)碳可以實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰更好的包覆。
本發(fā)明的具體工藝是按物質(zhì)所提供的鋰原子、鐵原子和磷酸根原子團(tuán)數(shù)目比1∶1∶1稱取碳酸鋰或氫氧化鋰、草酸亞鐵或乙酸亞鐵或乳酸亞鐵、磷酸二氫銨或磷酸氫二銨為基礎(chǔ)原料，再配入質(zhì)量占上述基礎(chǔ)原料總質(zhì)量2％-40％的導(dǎo)熱劑和質(zhì)量占上述基礎(chǔ)原料總質(zhì)量0.1％-20％的用于碳包覆的有機(jī)物，用無水乙醇作分散劑充分研磨混合，經(jīng)干燥后壓成塊狀，放入裝有活性炭或石墨微波吸收劑的坩堝中，將坩堝置于微波場(chǎng)中輻射加熱2-30分鐘，即可制得相均勻碳包覆的磷酸鐵鋰。
上述導(dǎo)熱劑包括乙炔黑、活性炭、石墨等單質(zhì)形式的碳，用于碳包覆的有機(jī)物包括聚乙烯等聚烴類化合物或蔗糖、淀粉等糖類化合物，可任選其中的一種。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，采用微波法合成磷酸鐵鋰，在原料中添加導(dǎo)熱劑，可以使較大的原料塊均勻受熱，從而不會(huì)出現(xiàn)原料塊外層因溫度過高反應(yīng)過度，而內(nèi)層因溫度不夠反應(yīng)不充分的情況，得到的磷酸鐵鋰物相更為均勻。同時(shí)，良好的導(dǎo)熱性能還有利于節(jié)省能耗，縮短生產(chǎn)周期。加入的有機(jī)物分解后產(chǎn)生的碳能夠?qū)α姿徼F鋰進(jìn)行更好的包覆。因此，同時(shí)加入導(dǎo)熱劑和用于碳包覆的有機(jī)物，可以使原料受熱更迅速均勻，碳包覆效果更好，有利于制備性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰。


圖1為按實(shí)例1工藝制得材料的XRD2為按實(shí)例1工藝制得材料的20mA/g電流密度下的充放電曲線圖3為按實(shí)例2工藝制得的材料的XRD4為按實(shí)例2工藝制得的材料的200mA/g電流密度下的充放電曲線圖5為按實(shí)例3工藝制得的材料的30mA/g電流密度下的充放電曲線圖6為按實(shí)例4工藝制得的材料的80mA/g電流密度下的充放電曲線具體實(shí)施方式
例1將碳酸鋰、草酸亞鐵和磷酸二氫銨按物質(zhì)的量比1∶2∶2混合，得到基礎(chǔ)原料。將上述基礎(chǔ)原料、蔗糖和導(dǎo)熱劑乙炔黑按質(zhì)量比10∶1∶0.5配比，用乙醇作分散劑充分研磨混合，干燥后10Mpa壓成塊狀，塊厚度為1.4cm，置于裝有活性炭的坩堝中，在將坩堝置于微波爐中，低火燒結(jié)5min。其XRD圖見圖1，在20mA/g電流密度下的第二次充放電曲線見圖2，放電容量可達(dá)137mAh/g。
例2將碳酸鋰、乳酸亞鐵和磷酸二氫銨按物質(zhì)的量比1∶2∶2混合，得到基礎(chǔ)原料。將上述基礎(chǔ)原料、蔗糖和導(dǎo)熱劑乙炔黑按質(zhì)量比10∶0.3∶1配比，用乙醇作分散劑充分研磨混合，干燥后10Mpa壓成塊狀，塊厚度為1.2cm，置于裝有活性炭的坩堝中，在將坩堝置于微波爐中，低火燒結(jié)3min。其XRD圖見圖3，在200mA/g電流密度下的第二次充放電曲線見圖4，放電容量可達(dá)111mAh/g。
例3將氫氧化鋰、草酸亞鐵和磷酸二氫銨按物質(zhì)的量比1∶1∶1混合，得到基礎(chǔ)原料。將上述基礎(chǔ)原料、淀粉、活性炭按質(zhì)量比10∶0.3∶1.5配比，用乙醇作分散劑充分研磨混合，干燥后10Mpa壓成塊狀，塊厚度為2.2cm，置于裝有活性炭的坩堝中，再將坩堝置于微波爐中，低火燒結(jié)8min。在30mA/g電流密度下的第五次充放電曲線見圖5，放電容量可達(dá)144mAh/g。
例4將碳酸鋰、乳酸亞鐵和磷酸氫二銨按物質(zhì)的量比1∶2∶2混合，得到基礎(chǔ)原料。將上述基礎(chǔ)原料、聚乙烯粉、活性炭按質(zhì)量比10∶0.5∶1.5配比，用乙醇作分散劑充分研磨混合，干燥后15Mpa壓成塊狀，塊厚度為1.7cm，置于裝有石墨的坩堝中，再將坩堝置于微波爐中，低火燒結(jié)5min。在80mA/g電流密度下的第五次充放電曲線見圖5，放電容量可達(dá)114mAh/g。
由實(shí)施例可以看出，本方法制備的磷酸鐵鋰由于物相更均勻，并且進(jìn)行了更好的碳包覆，所以電化學(xué)性能大大改善。
權(quán)利要求
1.一種碳包覆磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于按物質(zhì)所提供的鋰原子、鐵原子和磷酸根原子團(tuán)數(shù)目比1∶1∶1稱取碳酸鋰或氫氧化鋰、草酸亞鐵或乙酸亞鐵或乳酸亞鐵、磷酸二氫銨或磷酸氫二銨為基礎(chǔ)原料，再配入質(zhì)量占上述基礎(chǔ)原料總質(zhì)量2％-40％的導(dǎo)熱劑和質(zhì)量占上述基礎(chǔ)原料總質(zhì)量0.1％-20％的用于碳包覆的有機(jī)物，用無水乙醇作分散劑充分研磨混合，經(jīng)干燥后壓成塊狀，放入裝有活性炭或石墨微波吸收劑的坩堝中，將坩堝置于微波場(chǎng)中輻射加熱2-30分鐘，制得磷酸鐵鋰。
2.如權(quán)利要求1所述的碳包覆磷酸鐵鋰的微波合成方法，其特征在于導(dǎo)熱劑包括乙炔黑、活性炭、石墨的單質(zhì)形式的碳，用于碳包覆的有機(jī)物包括聚乙烯的聚烴類化合物或蔗糖、淀粉的糖類化合物，可任選其中的一種。
全文摘要
一種碳包覆磷酸鐵鋰的微波合成方法，涉及到鋰離子電池正極材料的制備。本發(fā)明按化學(xué)計(jì)量比稱取碳酸鋰、草酸亞鐵和磷酸二氫銨，適量的導(dǎo)熱劑和用于進(jìn)行碳包覆的有機(jī)物，用無水乙醇作分散劑充分研磨混合，經(jīng)干燥后壓成塊狀，放入裝有活性炭的坩堝中，將坩堝置于微波場(chǎng)中輻射加熱，即可制得相均勻碳包覆的磷酸鐵鋰。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在微波合成磷酸鐵鋰過程中，同時(shí)加入導(dǎo)熱劑和用于碳包覆的有機(jī)物，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸鐵鋰的碳包覆，又可以使原料受熱更迅速均勻，有利于大塊原料的均勻快速發(fā)應(yīng)。該方法可以縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省能耗。
文檔編號(hào)H01M4/04GK1775666SQ20051008659
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者王新東, 王志高, 李建玲 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)