專利名稱：高鐵酸鋰－鋰嵌入化合物電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池的制造，特別是高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池，包括用于鋰離子電池正極材料高鐵酸鋰的合成方法。
高鐵酸鋰是一種六價鐵化合物，有關(guān)其合成方法還沒有這方面的文獻報道和專利。對于高鐵酸鋰來說，由于其在水溶液中不穩(wěn)定，很難用次氯酸鹽氧化法和電解法直接得到。
本發(fā)明高鐵酸鋰-鋰嵌入化合電池中，電池的正極以得到的六價鐵化合物高鐵酸鋰為正極活性物質(zhì)，負極活性物質(zhì)是鋰嵌入化合物；鋰嵌入化合物可以是C6Li、LiTiO2、LiFeO2、LixSnO、金屬鋰或鋰合金等；所說電池的放電電壓可以從3600毫伏至1000毫伏。
本發(fā)明的具體合成方法步驟包括將氧化鋰和鐵的氧化物或硝酸鹽的混合物為起始物，在球磨機中通過機械球磨，機械球磨的條件是球料質(zhì)量比為1.5∶1-2.5∶1；轉(zhuǎn)速為200-400rmp/min；時間為10-50小時；然后在400℃-800℃，臭氧氣氛下恒溫5-20小時。
本發(fā)明得到高鐵酸鋰，純度范圍為85％-99％，粒徑從30納米至100微米。
本發(fā)明的工作原理通過機械球磨的方法，使得氧化鋰和鐵的氧化物或硝酸鹽的混合粉末發(fā)生對應(yīng)于顆粒尺寸和比表面積的改變，而后者則對應(yīng)晶粒尺寸、顯微應(yīng)變和有效溫度系數(shù)的改變，同時混合粉末又得到了更均勻的混合，有效地獲得高活性粉料。然后在高溫環(huán)境和臭氧氣氛下，氧化鋰和鐵的氧化物或硝酸鹽的高活性混合粉料發(fā)生反應(yīng)，得到高鐵酸鋰。如氧化鋰和氧化鐵的高活性混合粉料的反應(yīng)如(1)所示(1)這樣得到的高鐵酸鋰產(chǎn)物純度很高，無須進行后續(xù)分離。
在非水介質(zhì)中，基于高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池的高鐵酸鋰電極的電極反應(yīng)為(2)鋰嵌入化合物電極的電極反應(yīng)為(3)基于高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池中高鐵酸鋰電極和鋰嵌入化合物電極的電極反應(yīng)(2)和(3)，高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池的電池反應(yīng)為(4)在高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池中，高鐵酸鋰作為正極活性物質(zhì)，按照反應(yīng)(2)，隨著放電的進行，F(xiàn)e元素從+6價態(tài)變化到+3價；充電時，F(xiàn)e元素從+3價態(tài)變化到+6價，理論上x值最大可以達到x＝3，因此，高鐵酸鋰作為正極具有高的理論容量。按鐵從六價還原到三價計算，高鐵酸鋰的理論容量為601mAh/g，比目前已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池正極活性物質(zhì)LiCoO2的理論容量270mAh/g要高出一倍以上。
高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池的實用電壓范圍為3.6V-1.0V，其平均電壓為1.3V。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于1、球磨促進高溫氧化法合成六價鐵化合物高鐵酸鋰，合成步驟簡單，設(shè)備要求不復(fù)雜，產(chǎn)物的純度高，無需后續(xù)分離。2、開發(fā)了鋰離子電池正極材料的新體系，電池比能量高，價格低，有環(huán)保意義。以下結(jié)合附圖及實施例進一步說明本發(fā)明。
圖2為LiFeO4/Li電池的放電曲線圖。
實施例1按化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量Li2O和Fe2O3，混合后在球料質(zhì)量比為2.0∶1，轉(zhuǎn)速為250rmp/min的條件下機械球磨10小時，得到高活性的反應(yīng)混合料。然后在臭氧氣氛下，500℃條件下恒溫10小時，得到產(chǎn)物高鐵酸鋰，經(jīng)分析其純度達到95％，粒徑為100nm。
實施例2按化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量Li2O和Fe2O3，混合后在球料質(zhì)量比為2.5∶1，轉(zhuǎn)速為350rmp/min的條件下機械球磨20小時，得到高活性的反應(yīng)混合料。然后在臭氧氣氛下，500℃條件下恒溫10小時，得到產(chǎn)物高鐵酸鋰，經(jīng)分析其純度達到97％，粒徑為70nm。

圖1為實施例2得到的高鐵酸鋰的粉末X射線衍射圖。
實施例3將實施例2得到的高鐵酸鋰產(chǎn)物，與乙炔黑、PTFE按重量比85％∶10％∶5％的比例混合均勻，用異丙醇做分散劑，滾壓成型，得到正極極片厚度為0.12mm。以3倍于正極容量的C6Li為負極組裝成高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池。電解質(zhì)溶液為1MLiPF6溶液(溶劑為EC∶DME＝1∶1v/v)，隔膜為聚丙烯微孔膜(cellgard2300)。測試以恒電流0.2C進行，截止電壓為1.0V，正極放電容量達到近270mAh/g。放電曲線如圖2所示，圖2為LiFeO4/Li電池的放電曲線圖。
權(quán)利要求
1.一種高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池，其特征在于它是包括高鐵酸鋰為正極活性物質(zhì)與負極活性物質(zhì)鋰嵌入化合物構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所說的高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池，其特征在于所說的電池的放電電壓可以從3600毫伏至1000毫伏。
3.按照權(quán)利要求1所說的高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池，其特征在于所說的負極活性物質(zhì)鋰嵌入化合物可以是C6Li、LiTiO2、LiFeO2、LixSnO、金屬鋰或鋰合金。
4.權(quán)利要求1所說的高鐵酸鋰-鋰嵌入化合物電池正極活性物質(zhì)高鐵酸鋰的合成方法，其特征在于該高鐵酸鋰純度范圍為85％-99％，粒徑30納米-100微米；具體合成方法步驟包括1)將氧化鋰和鐵的氧化物或硝酸鹽的混合物為起始物，在球磨機中機械球磨，機械球磨的條件是球料質(zhì)量比為1.5∶1-2.5∶1；轉(zhuǎn)速為200-400rmp/min；時間為10-50小時；2)然后，在400℃-800℃，氧氣氣氛下恒溫5-20小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及二次電池的制造，特別是用于鋰離子電池正極材料高鐵酸鋰的合成方法。將氧化鋰和鐵的氧化物或硝酸鹽的混合物為起始物，在球磨機中通過機械球磨，機械球磨的條件是球料質(zhì)量比為1.5∶1－2.5∶1；轉(zhuǎn)速為200－400rmp/min；時間為10－50小時；然后在400℃－800℃，氧氣氣氛下恒溫5－20小時?？傻玫郊兌确秶鸀?5％－99％、粒徑30納米至100微米的高鐵酸鋰。本發(fā)明合成步驟簡單，設(shè)備要求不復(fù)雜，產(chǎn)物的純度高，無需后續(xù)分離；開發(fā)了鋰離子電池正極材料的新體系，電池比能量高，價格低，有環(huán)保意義，具有極大的商業(yè)開發(fā)前景。
文檔編號H01M4/58GK1416190SQ0214641
公開日2003年5月7日 申請日期2002年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者葉世海, 吳鋒, 高學(xué)平, 王永龍, 周寧, 宋德瑛 申請人:南開大學(xué)