納米LiFePO4/C鋰離子二次電池正極材料及其制備方法與應用，解決了現有技術中沒有能夠兼備性能優異、工藝簡單的LiFePO4/C制備方法的問題，本發明專利技術的LiFePO4/C的制備方法包括以下步驟：將表面活性劑加入溶劑中，得到表面活性劑溶液，加入鋰鹽化合物、二價鐵化合物和磷酸混合，得到混合溶液，將混合溶液轉移至培養皿中，揮發形成薄膜，將薄膜在惰性氛圍或氮氣中煅燒，得到納米LiFePO4/C。本發明專利技術的制備方法不僅工藝簡單，原料廉價，適合工業生產，且制得的LiFePO4/C粒徑在50-80nm，電化學性能優異，5C,10C,12C充放電循環300次后，容量仍可達95%以上。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池材料合成領域，尤其涉及一種納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料及其制備方法與應用。
技術介紹
磷酸亞鐵鋰,英文名Lithium Iron Phosphate,CAS登錄號為15365-14-7,分子式為LiFePO4。LiFePO4是重要的鋰離子二次電池正極材料。當今社會隨著電子產品的發展，小型產品如手機、數碼相機、手提電腦等，大型產品如電動自行車、電動汽車等都已經進入了人們的生活中。電池作為電能的重要形成和存儲方式已受到全球的關注。循環壽命長、環境友好、高比容量的充放電性能、高庫倫效率的鋰離子二次電池已經成為電池中的佼佼者，在鉛蓄電池和鎳氫電池等電池中脫穎而出，被 認為是最有發展前途的儲能和動カ蓄電池材料。發展高能鋰離子電池的關鍵技術之一就是正極材料的開發。近幾年來，負極材料和電解質的研究都取得了較大的進展，相對而言，正極材料的發展較為緩慢，商品化鋰離子電池中正極材料的比容量遠遠小于負極材料，成為制約鋰離子電池整體性能進ー步提高的重要因素。因此，正極材料的研究受到越來越多的重視。作為理想的鋰離子電池正極材料，鋰離子嵌入化合物必須滿足以下要求(I)具有較高的氧化還原電位，保證鋰離子電池的高電壓特性；(2)允許大量的鋰離子嵌入脫出，保證鋰離子電池的高容量特性；理論容量的計算Cq=26. 8nm/MC0-一理論容量；n成流反應的得失電子數；m----活性物質完全反應的質量；M----活性物質的摩爾質量(3)嵌入脫出過程的可逆性好，充放電過程中材料結構變化較小；(4)鋰離子能夠快速的嵌入和脫出，具有高的電子導電率和離子導電率；(5)在電解液中化學穩定性好；(6)低廉，容易制備，對環境友好等。理論上具有層狀結構和尖晶石結構的材料，都能做鋰離子電池的正極材料，但由于制備エ藝上存在困難，目前所用的正極材料仍然是鈷、鎳、錳的氧化物，自鋰離子電池商品化以來，研究的主要正極材料有 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCo1^xNix, LiFePO4 等。LiCoO2制備エ藝簡單，開路電壓高，比能量大，循環壽命長，能快速充放電，電化學性能穩定，早已商品化。但是由于鈷資源有限并且有毒，以及LiCoO2在使用中存在安全問題，現在正在被其他材料代替。LiNiO2由于制備過程控制條件不同，很容易形成非化學計量化合物，致使電化學性能不穩定，不耐過充電。LiMn2O4耐過充電，安全性能好，但循環性能差，高溫容量衰減快，理論比容量相對較低，難以制得純凈的單相產物，而且充放電是尖晶石結構不穩定。LiFePO4結構穩定，制備容易，循環性能好，耐過充電，正在受到青睞。常用的LiFeP04/C制備方法有固相法，溶膠_凝膠法，熔鹽法，超聲噴霧分解法和水熱法。固相法制備方法簡單、成本低、適合大規模生產，但是材料的性能欠佳；溶膠-凝膠法雖然能制備性能優異的材料，但是過程繁瑣，不適合大規模生產；熔鹽法成本較高，且同樣不適合大規模生產；超聲噴霧分解法適合實驗室制備，在工業上對設備的要求高；水熱法制備的材料性能優異，但是不適合大量生產，無法滿足工業生產的需要。現有技術中還沒有兼備性能優異、工藝簡單，成本低廉，且適用于大規模生產的LiFeP04/C制備方法。
技術實現思路
為解決現有技術中沒有能夠兼備性能優異、工藝簡單、成本低廉、且適合大規模生產的LiFeP04/C制備方法的問題，本專利技術提供一種納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料及其制備方法與應用，本專利技術不僅工藝簡單，原料廉價，且產物結晶度高，粒徑小，顆粒分布窄，電化學性能好。本專利技術提供一種納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料的制備方法，包括以下 步驟(I)原料混合分散于溶劑中將表面活性劑溶解于溶劑中，得到表面活性劑溶液，將鋰鹽化合物、二價鐵化合物和磷酸分散于表面活性劑溶液中，得到混合溶液；所述的表面活性劑、鋰鹽化合物、二價鐵化合物、磷酸的物質的量比為O. 39-2. 38:5-5. 75:5:5 ；(2)揮發成膜將(I)所得的混合溶液轉移至培養皿中，揮發，得到干燥的化合物薄膜；(3)化合物薄膜高溫煅燒將(2)干燥的化合物薄膜置于惰性氣體或氮氣中，第一階段，以1-10°C /min升溫速率加熱，200_550°C煅燒l_10h，第二階段，以1_10°C /min升溫速率加熱，550-800°C煅燒Ι-lOh，然后，以1-10°C /min降溫速率冷卻至室溫，即得到納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料。優選的是，步驟(I)中表面活性劑、鋰鹽化合物、二價鐵化合物、磷酸的物質的量比為 O. 39-2. 38:5. 25:5:5。優選的是，步驟(3)中第一階段升溫速率為IV /min,煅燒溫度為550°C，煅燒時間為5h，第二階段升溫速率為1°C /min，煅燒溫度為650°C，煅燒時間為5h，降溫速率為5°C /min。優選的是，所述鋰鹽化合物為硝酸鋰、醋酸鋰、氯化鋰中的一種或幾種，更為優選的是硝酸鋰。優選的是，所述二價鐵化合物為氯化亞鐵、醋酸亞鐵、硫化亞鐵和乙酰丙酮亞鐵中的一種或幾種，更為優選的是氯化亞鐵。優選的是，所述溶劑為乙醇和甲醇中的一種或兩種，更為優選的是無水乙醇。優選的是，所述表面活性劑為F127和P123中的一種或兩種，更為優選的是F127。本專利技術還提供一種上述制備方法制備的納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料。本專利技術還提供納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料在制備鋰離子電池中的應用。本專利技術的有益效果(I)本專利技術的納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料的制備方法，采用溶劑揮發誘導自組裝方法，隨著乙醇的揮發，表面活性劑的濃度逐漸增大，使表面活性劑膠束形成膠團，Li+，Fe2+，P043_均勻的分布在膠團表面，直至形成薄膜，高溫煅燒時，表面活性劑受高溫碳化，將無機離子分離開，高溫形成LiFePO4,同時表面活性劑碳化形成的碳層包覆在LiFePO4的表面，阻止LiFePO4粒子長大，使LiFePO4粒子在高溫條件下仍然保持不變；(2)本專利技術制備的納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料具有電化學性能好，成本低，粒徑分布窄的特點；(3)本專利技術的納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料具有優異的電化學性能，一方面由于LiFePO4/C納米粒子在電化學反應中與電解質接觸充分完全，納米粒子能減小Li+在LiFePO4中嵌入和脫出的距離，另一方面碳層能提高電子導電率，以上兩方面的共同作用可以提高材料在高倍率條件下的充放電容量，具有更高的容量，更好的循環性能和倍率性能，實驗結果表明本專利技術的納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料在O. IC首次放電其容量可達159. 9mAh/g，經三次循環后其充放電容量為163mAh/g，40次循環維持不變， 5C, 10C, 12C充放電循環300次后，容量仍可達95%以上；(4)本專利技術的納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料的制備方法，具有工藝簡單、成本低廉的優點，且適合于大規模工業生產，制備的納米LiFeP04/C粒徑在50-80nm，且電化學性能優異。附圖說明圖I為本專利技術實施例I中所得納米LiFeP04/C鋰離子二次電池正極材料的掃描電鏡圖片；圖2為本專利技術本文檔來自技高網...
【技術保護點】
納米LiFePO4/C鋰離子二次電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：(1)原料混合分散于溶劑中：將表面活性劑溶解于溶劑中，得到表面活性劑溶液，將鋰鹽化合物、二價鐵化合物和磷酸分散于表面活性劑溶液中，得到混合溶液；所述的表面活性劑、鋰鹽化合物、二價鐵化合物、磷酸的物質的量比為0.39？2.38:5？5.75:5:5；(2)揮發成膜：將(1)所得的混合溶液轉移至培養皿中，揮發，得到干燥的化合物薄膜；(3)化合物薄膜高溫煅燒：將(2)干燥的化合物薄膜置于惰性氣體或氮氣中，第一階段，以1？10℃/min升溫速率加熱，200？550℃煅燒1？10h，第二階段，以1？10℃/min升溫速率加熱，550？800℃煅燒1？10h，然后，以1？10℃/min降溫速率冷卻至室溫，即得到納米LiFePO4/C鋰離子二次電池正極材料。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊向光，張彬，張一波，潘喜強，苗珍珍，張震東，
申請(專利權)人：中國科學院長春應用化學研究所，
類型：發明
國別省市：
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