專利名稱：超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，屬于能源材料技 術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲輔助共沉淀合成高放電倍率的納米碳包覆LiFeP04的方法。
背景技術(shù)：
近年來，便攜式電源的應(yīng)用給先進(jìn)能源儲(chǔ)存裝置帶來了持續(xù)的研發(fā)動(dòng)力，特別是 對(duì)于可持續(xù)性的，環(huán)境友好型的電源。隨著汽車普及時(shí)代的到來，汽車尾氣所帶來的空氣污 染和溫室效應(yīng)給地球氣候環(huán)境帶來前所未有的壓力，引起各國(guó)政府對(duì)全球氣候環(huán)境問題的 重視。由二次電池提供動(dòng)力的電動(dòng)汽車(包括混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車)因其排污少和零排 放成為優(yōu)先發(fā)展的新能源汽車而受到各國(guó)政府的青睞。而電動(dòng)汽車的關(guān)鍵是電池，在所有 二次電池中，鋰離子電池因其能量密度高，功率密度高，工作電壓高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，環(huán)境污染 小，自放電小等優(yōu)點(diǎn)成為電動(dòng)汽車最有競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力電源。同時(shí)，鋰離子電池也被廣泛的運(yùn) 用在手機(jī)，筆記本和攝像機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品中。在鋰離子電池中，正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一，相對(duì)負(fù)極材料而言，其 比容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于負(fù)極材料，電池的容量最終是由正極材料決定。所以，鋰離子電池的電化學(xué) 性能主要由正極材料的結(jié)構(gòu)和性能決定，相應(yīng)的，電池成本也主要由正極材料決定。因此， 開發(fā)價(jià)格低廉，性能優(yōu)異的新型正極材料是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。受制于成本，安全性和環(huán) 境污染等問題，傳統(tǒng)的LiCo02，LiNi02不適應(yīng)于動(dòng)力電池的大規(guī)模應(yīng)用，LiMn02/LiMn204因 其循環(huán)穩(wěn)定性的問題，尤其是高溫循環(huán)衰減嚴(yán)重，限制了其在動(dòng)力電池中的應(yīng)用。而Fe系 材料LiFeP04因其循環(huán)性能優(yōu)異，安全性能好，理論比容量高(170mAh g—1)，充放電平臺(tái)穩(wěn) 定，無毒，原料來源廣泛，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)成為動(dòng)力電池中最有競(jìng)爭(zhēng)力的正極材料，成為全 世界研究的焦點(diǎn)。盡管磷酸鐵鋰(LiFeP04)有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，但是其存在的最大缺點(diǎn)是電子電導(dǎo) 率低和離子電導(dǎo)率低，從而影響材料的大電流充放電性能。針對(duì)這一問題，對(duì)該材料的改性 方法主要有表面包覆導(dǎo)電材料(碳，金屬粉末等)，離子摻雜和制備均勻的納米顆粒等。在 所使用的方法中，有傳統(tǒng)的固相法，碳熱還原法，溶膠凝膠法，水熱法，共沉淀法等。目前，合成LiFeP04M料所使用的最主要的方法為固相法，如中國(guó)專利公開號(hào) CN1753216，CN1767238是將鋰鹽，磷酸鹽和三價(jià)鐵鹽混合通過球磨處理，在惰性氣氛下煅燒 合成LiFeP04。高溫固相法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但是反應(yīng)物通常會(huì)存 在混合不均勻，產(chǎn)物顆粒尺寸分布廣，純度不高等很難合成出高性能的LiFeP04材料，而且 反復(fù)的球磨帶來能耗較高。在液相共沉淀法中，專利公開號(hào)為W002/083555的WIP0的發(fā)明專利所采用的液相 共沉淀法，是指通過控制在一定的PH值下，通過在混合鹽溶液中加入沉淀劑，沉淀出磷酸 亞鐵和磷酸鋰的前驅(qū)體，然后在650-800°C熱處理下得到LiFeP04。此方法在共沉淀過程中 很難控制前驅(qū)體的顆粒尺寸和粒徑分布，從而最終影響到材料的高倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提出超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法。本本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其具體制備步驟 為1)配制濃度為0. 01 8mol/L的二價(jià)鐵源化合物水溶液，濃度為0. 01 8mol/L 的磷源化合物水溶液和濃度為0. 1 12mol/L的鋰源化合物水溶液；2)將步驟1)中的二價(jià)鐵源化合物水溶液、磷源化合物水溶液和鋰源化合物水溶 液在非氧化性氣氛下加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為5 100°C，二價(jià)鐵源化合物、磷源化合物和鋰源化合物的摩爾比為0.90 1. 15 1 0.90 1. 15 ；超聲波處理時(shí)間為1分鐘 24小時(shí)，超聲波處理的頻率為18KHz-10MHz，功率為 2-2000W,過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與碳源化合物加入到水中進(jìn)行混合得到混合 液，然后將混合液在5 100°C的條件下進(jìn)行超聲波處理1分鐘 24小時(shí)；得到碳源化合 物和LiFeP04的混合物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的碳源化合物的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04質(zhì) 量的2% 60% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在非氧化性氣氛中加入到管式爐中處理 4 24小時(shí)，管式爐的溫度為500 800°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；上述的二價(jià)鐵源化合物為氯化亞鐵、醋酸亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨或硝酸亞 鐵；上述的磷源化合物為磷酸、五氧化二磷、磷酸二氫鋰、磷酸氫二鋰、磷酸銨、磷酸一 氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鈉、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸一氫鉀或磷酸二氫鉀；上述的鋰源化合物為磷酸二氫鋰、磷酸氫二鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、硫酸 鋰、氯化鋰或碳酸鋰；上述的碳源化合物為石墨、導(dǎo)電炭黑、碳納米管、碳納米微球、碳納米纖維、碳凝 膠、蔗糖、葡萄糖、果糖、檸檬酸、抗壞血酸、淀粉、纖維素和聚丙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚 丙烯酰胺、環(huán)氧樹脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙乙烯氰、酚醛樹脂、丁苯橡膠乳、聚苯乙 烯或羧甲基纖維素；上述的非氧化性的氣氛為氮?dú)?、氬氣或者混?10% H2的氬氣。有益效果本發(fā)明的納米碳包覆LiFeP04M料具有高放電倍率和良好的電化學(xué)性能；本發(fā)明 的納米碳包覆LiFeP04材料的粒徑和粒徑尺寸分布均勻；本發(fā)明成本低，工藝路線簡(jiǎn)單，能 耗低。


圖1為實(shí)施案例1所制備的碳包覆LiFeP04復(fù)合材料的X-射線衍射圖；圖2為實(shí)施案例1所制備的碳包覆LiFeP04復(fù)合材料的FE-SEM圖；圖3為實(shí)施案例1所制備的碳包覆LiFeP04復(fù)合材料的倍率容量圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)范圍并不局限于實(shí)例 的表述范圍。實(shí)施例11)配制濃度為0. 5mol/L的硫酸亞鐵銨水溶液、濃度為0. 5mol/L的磷酸二氫銨水 溶液和濃度為lmol/L的氫氧化鋰水溶液；2)將步驟1)中的硫酸亞鐵銨水溶液、磷酸二氫銨水溶液和氫氧化鋰水溶液在N2 下加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為30°C，硫酸亞鐵銨、磷酸 二氫銨和氫氧化鋰的摩爾比為1 1 1 ；超聲波處理時(shí)間為5小時(shí)，超聲波處理的頻率為 28KHz，功率為120W，過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與淀粉加入到水中進(jìn)行混合得到混合液，然后 將混合液在30°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04的混合物， 即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的淀粉的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的20% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理12小時(shí)，管 式爐的溫度為700°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的納米碳包覆的LiFeP04為橄 欖石結(jié)構(gòu)的LiFeP04材料；圖1是所制備的碳包覆LiFeP04復(fù)合材料的X射線衍射圖譜；圖2是所制備的碳 包覆LiFeP04復(fù)合材料的FE-SEM照片；該方法得到的所制備的碳包覆LiFeP04復(fù)合材料的 倍率性能優(yōu)異，0. 1C，1C，2C，4C和6C的放電比容量分別為147mAh g—1，143mAh g—1，140mAh
135mAh g-1和130mAh 圖3是所制備的碳包覆LiFeP04復(fù)合材料的倍率性能；正極片的制備及扣式電池測(cè)試。以合成的LiFeP04*電極的活性物，炭黑為導(dǎo)電 劑，聚偏氟乙烯(PVDF)為粘結(jié)劑按一定的比例(通常質(zhì)量比為75 20 5)，在加入N-甲 基吡咯烷酮(NMP)溶劑后，經(jīng)過研磨磨混合得到漿料。將漿料涂布于集流體鋁箔上，再于 120°C下真空干燥8 10小時(shí)，除去溶劑和水分，并于8 12MPa的壓力下壓實(shí)，使電極的 粉料間接觸緊密。再?zèng)_壓成直徑為10mm大小的正極圓片，之后再在真空干燥箱中干燥8-10 小時(shí)后準(zhǔn)備裝配。電池在充滿氬氣的干燥手套箱中進(jìn)行裝配。測(cè)試電池采用CR2025扣式 電池，負(fù)極采用金屬鋰片，隔膜采用Celgard 2325膜，電解液為1M LiPF6的EC DMC = 1 1(體積比)的電解液。電池測(cè)試在藍(lán)電電池(LANDCT-2000A)測(cè)試系統(tǒng)中進(jìn)行，充放電 電壓范圍為2. 0-4. 3V，測(cè)試溫度為30°C。實(shí)施例21)配制濃度為0. lmol/L的硫酸亞鐵銨水溶液、濃度為0. lmol/L的磷酸二氫鋰水 溶液和濃度為0. 2mol/L的氫氧化鋰水溶液；2)將步驟1)中的硫酸亞鐵銨水溶液、磷酸二氫鋰水溶液和氫氧化鋰水溶液在混 合 10% H2的氬氣下加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為 50°C，硫酸亞鐵銨、磷酸二氫鋰和氫氧化鋰的摩爾比為1 1 1 ；超聲波處理時(shí)間為12小 時(shí)，超聲波處理的頻率為28KHz，功率為50W，過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與蔗糖加入到水中進(jìn)行混合得到混合液，然后 將混合液在50°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04的混合物， 即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的蔗糖的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的25% ；
4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理8小時(shí)，管 式爐的溫度為800°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料的首次放電容量為UemAhg—1 (1C)和UemAhg—1 (6C)。實(shí)施例31)配制濃度為0. 8mol/L的硫酸亞鐵水溶液、濃度為0. 8mol/L的磷酸氫二銨水溶 液和濃度為0. 24mol/L的氫氧化鋰水溶液；2)將步驟1)中的硫酸亞鐵水溶液、磷酸氫二銨水溶液和氫氧化鋰水溶液在N2下 加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為50°C，硫酸亞鐵、磷酸氫 二銨和氫氧化鋰的摩爾比為1 1 1;超聲波處理時(shí)間為5小時(shí)，超聲波處理的頻率為 50KHz，功率為120W，過濾得到LiFeP04前驅(qū)體； 3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與聚乙二醇-30000加入到水中進(jìn)行混合 得到混合液，然后將混合液在50°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和 LiFeP04的混合物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的聚乙二醇-30000的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前 驅(qū)體質(zhì)量的28% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理24小時(shí)，管 式爐的溫度為600°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為MlmAhg—1 (1C)和UTmAhg—1 (6C)。實(shí)施例41)配制濃度為lmol/L的氯化亞鐵水溶液、濃度為lmol/L的磷酸氫二銨水溶液和 濃度為4mol/L的氫氧化鋰水溶液；2)將步驟1)中的氯化亞鐵水溶液、磷酸氫二銨水溶液和氫氧化鋰水溶液在N2下 加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為50°C，氯化亞鐵、磷酸氫 二銨和氫氧化鋰的摩爾比為1 1 1;超聲波處理時(shí)間為3小時(shí)，超聲波處理的頻率為 lOOKHz，功率為120W，過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與聚苯乙烯加入到水中進(jìn)行混合得到混合液， 然后將混合液在50°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04的混合 物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的聚苯乙烯的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的30% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理16小時(shí)，管 式爐的溫度為650°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為MSmAhg—1 (1C)和nimAhg—1 (6C)。實(shí)施例51)配制濃度為2mol/L的氯化亞鐵水溶液、濃度為2mol/L的磷酸氫二銨水溶液和 濃度為8mol/L的氫氧化鋰水溶液；2)將步驟1)中的氯化亞鐵水溶液、磷酸氫二銨水溶液和氫氧化鋰水溶液在N2下 加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為40°C，氯化亞鐵、磷酸氫 二銨和氫氧化鋰的摩爾比為1 1 1;超聲波處理時(shí)間為2小時(shí)，超聲波處理的頻率為 28KHz，功率為200W，過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與葡萄糖加入到水中進(jìn)行混合得到混合液，然 后將混合液在40°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04的混合物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的葡萄糖的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的25% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理24小時(shí)，管 式爐的溫度為550°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為USmAhg—1 (1C)和UgmAhg—1 (6C)。實(shí)施例61)配制濃度為lmol/L的硫酸亞鐵水溶液、濃度為lmol/L的磷酸銨水溶液和濃度 為2mol/L的氯化鋰水溶液；2)將步驟1)中的硫酸亞鐵水溶液、磷酸銨水溶液和氯化鋰水溶液在N2下加入 到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為40°C，硫酸亞鐵、磷酸銨和氯化 鋰的摩爾比為1 1 1 ；超聲波處理時(shí)間為1小時(shí)，超聲波處理的頻率為20KHz，功率為 200W，過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與聚丙烯酰胺加入到水中進(jìn)行混合得到混 合液，然后將混合液在40°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04 的混合物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的聚丙烯酰胺的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的 25% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理12小時(shí)，管 式爐的溫度為600°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為MZmAhg—1 (1C)和lSZmAhg—1 (6C)。實(shí)施例71)配制濃度為0. 5mol/L的硫酸亞鐵水溶液、濃度為0. 5mol/L的磷酸銨水溶液和 濃度為lmol/L的氯化鋰水溶液；2)將步驟1)中的硫酸亞鐵水溶液、磷酸銨水溶液和氯化鋰水溶液在N2下加入到 反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為40°C，硫酸亞鐵、磷酸銨和氯化鋰 的摩爾比為1 1 1 ；超聲波處理時(shí)間為20分鐘，超聲波處理的頻率為40KHz，功率為 250W，過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與抗壞血酸加入到水中進(jìn)行混合得到混合液， 然后將混合液在40°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04的混合 物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的抗壞血酸的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的30% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理6小時(shí)，管 式爐的溫度為800°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為MOmAhg—1 (1C)和USmAhg—1 (6C)。實(shí)施例81)配制濃度為lmol/L的硫酸亞鐵水溶液、濃度為lmol/L的磷酸銨水溶液和濃度 為2mol/L的氯化鋰水溶液；2)將步驟1)中的硫酸亞鐵水溶液、磷酸銨水溶液和氯化鋰水溶液在N2下加入到 反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為40°C，硫酸亞鐵、磷酸銨和氯化鋰 的摩爾比為1 1 1 ；超聲波處理時(shí)間為2小時(shí)，超聲波處理的頻率為lOOKHz，功率為 31W,過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與果糖加入到水中進(jìn)行混合得到混合液，然后將混合液在40°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04的混合物， 即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的果糖的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的20% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理8小時(shí)，管 式爐的溫度為650°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為MlmAhg—1 (1C)和USmAhg—1 (6C)。實(shí)施例91)配制濃度為0. 8mol/L的硫酸亞鐵水溶液、濃度為0. 8mol/L的磷酸銨水溶液和 濃度為2mol/L的氯化鋰水溶液；2)將步驟1)中的硫酸亞鐵水溶液、磷酸銨水溶液和氯化鋰水溶液在N2下加入到 反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為40°C，硫酸亞鐵、磷酸銨和氯化鋰 的摩爾比為1 1 1 ；超聲波處理時(shí)間為10小時(shí)，超聲波處理的頻率為200KHz，功率為 6W,過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與聚乙烯醇加入到水中進(jìn)行混合得到混合液， 然后將混合液在40°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04的混合 物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的聚乙烯醇的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的20% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理12小時(shí)，管 式爐的溫度為700°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為MSmAhg—1 (1C)和UOmAhg—1 (6C)。實(shí)施例101)配制濃度為lmol/L的硫酸亞鐵水溶液、濃度為lmol/L的磷酸銨水溶液和濃度 為2mol/L的氯化鋰水溶液；2)將步驟1)中的二硫酸亞鐵水溶液、磷酸銨水溶液和氯化鋰水溶液在N2下加入 到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為40°C，硫酸亞鐵、磷酸銨和氯化 鋰的摩爾比為1 1 1 ；超聲波處理時(shí)間為24小時(shí)，超聲波處理的頻率為20KHz，功率為 28W,過濾得到LiFeP04前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFeP04前驅(qū)體與羧甲基纖維素加入到水中進(jìn)行混合得到混 合液，然后將混合液在40°C的條件下進(jìn)行超聲波處理12小時(shí)；得到碳源化合物和LiFeP04 的混合物，即最終LiFeP04前驅(qū)體；所加入的羧甲基纖維素的質(zhì)量為L(zhǎng)iFeP04前驅(qū)體質(zhì)量的 20% ；4)將步驟3)得到的最終LiFeP04前驅(qū)體在Ar中加入到管式爐中處理24小時(shí)，管 式爐的溫度為600°C，最后得到納米碳包覆的LiFeP04 ；所得到的LiFeP04材料首次放電容量為USmAhg—1 (1C)和USmAhg—1 (6C)。
權(quán)利要求
超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于其制備步驟為1)配制濃度為0.01～8mol/L的二價(jià)鐵源化合物水溶液，濃度為0.01～8mol/L的磷源化合物水溶液和濃度為0.1～12mol/L的鋰源化合物水溶液；2)將步驟1)中的二價(jià)鐵源化合物水溶液、磷源化合物水溶液和鋰源化合物水溶液在非氧化性氣氛下加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，溫度為5～100℃，二價(jià)鐵源化合物、磷源化合物和鋰源化合物的摩爾比為1∶1∶1；超聲波處理時(shí)間為1分鐘～24小時(shí)，超聲波處理的頻率為18KHz-10MHz，功率為2-2000W，過濾得到LiFePO4前驅(qū)體；3)將步驟2)得到的LiFePO4前驅(qū)體與碳源化合物加入到水中進(jìn)行混合得到混合液，然后將混合液在5～100℃的條件下進(jìn)行超聲波處理1分鐘～24小時(shí)；得到碳源化合物和LiFePO4的混合物，即最終LiFePO4前驅(qū)體；所加入的碳源化合物的質(zhì)量為L(zhǎng)iFePO4質(zhì)量的2％～60％；4)將步驟3)得到的最終LiFePO4前驅(qū)體在非氧化性氣氛中加入到管式爐中處理4～24小時(shí)，管式爐的溫度為500～800℃，最后得到納米碳包覆的LiFePO4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征 在于步驟1)中的二價(jià)鐵源化合物為氯化亞鐵、醋酸亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨或硝酸亞 鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征 在于步驟1)中的磷源化合物為磷酸、五氧化二磷、磷酸二氫鋰、磷酸氫二鋰、磷酸銨、磷酸 一氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鈉、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸一氫鉀或磷酸二氫鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征 在于步驟1)中的鋰源化合物為磷酸二氫鋰、磷酸氫二鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、硫酸 鋰、氯化鋰或碳酸鋰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征 在于步驟3)中的碳源化合物為石墨、導(dǎo)電炭黑、碳納米管、碳納米微球、碳納米纖維、碳凝 膠、蔗糖、葡萄糖、果糖、檸檬酸、抗壞血酸、淀粉、纖維素和聚丙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚 丙烯酰胺、環(huán)氧樹脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙乙烯氰、酚醛樹脂、丁苯橡膠乳、聚苯乙 烯或羧甲基纖維素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征 在于步驟2)中的非氧化性的氣氛為氮?dú)?、氬氣或者混?10% H2的氬氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，其特征 在于步驟4)中的非氧化性的氣氛為氮?dú)狻鍤饣蛘呋旌?10% H2的氬氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲共沉淀合成高放電倍率的磷酸鐵鋰的制備方法，屬于能源材料技術(shù)領(lǐng)域。將二價(jià)鐵源水溶液、磷源水溶液和鋰源水溶液在非氧化性氣氛下加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀，攪拌同時(shí)進(jìn)行超聲波處理，處理完成后得到LiFePO4前驅(qū)體；與碳源化合物加入到水中進(jìn)行混合得到混合液，得到碳源化合物和LiFePO4的混合物，即最終LiFePO4前驅(qū)體；并到管式爐中處理，最后得到納米碳包覆的LiFePO4。本發(fā)明的納米碳包覆LiFePO4材料具有高放電倍率和良好的電化學(xué)性能；本發(fā)明的納米碳包覆LiFePO4材料的粒徑和粒徑尺寸分布均勻；本發(fā)明成本低，工藝路線簡(jiǎn)單，能耗低。
文檔編號(hào)H01M4/1397GK101800311SQ20101918501
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者劉又勇, 曹傳寶 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)