专利名称：锂离子电池的磷酸锂铁粉末及其制作方法
技术领域：
本发明是关于一种磷酸锂铁粉末及其制作方法，尤其指一种适用于锂离子电池的磷酸锂铁粉末及其制作方法。
背景技术：
近年来，随着各种可携式电子装置的发展，对于能量储存技术的关注也日益渐增。其中，电池为可携式电子装置主要的电力来源之一，尤其是目前最大宗的手机、笔记型计算机等可携式电子产品，均采用小型二次电池做为电力来源。除了可携式电子装置外，目前二次电池亦应用在电动车上。于现今所使用的二次电池中，以1990年初期所发展的锂二次电池(或锂离子电 池)成为众所瞩目的焦点。早期的锂离子电池系采用LiCoO2做为阴极材料，因其具有高工作电压、平稳充放电压的优点，故大量应用在可携式产品。而后，更发展出以橄榄石结构LiFePO4和尖晶石结构LiMn2O4做为阴极材料的锂离子电池。相较于以LiCoO2做为阴极材料，以LiFePO4和LiMn2O4做为阴极材料可更具有较佳安全性、较多充放电次数、较低成本等优点。虽然LiMn2O4具有成本低、安全性佳等优势，但在深度放电时易发生姜-泰勒(Jahn-Teller)效应,导致尖晶石崩坏而影响电池循环性能。LiFePO4除了拥有低成本和安全性高等两项优势外，理论电容量甚至比LiMn2O4更高，而可用于需大电流及高功率的装置上。同时，LiFePO4更具有无毒且环保的特性，且高温特性佳，故为目前最优异的锂离子电池阴极材料之一。目前的以LiFePO4做为阴极材料的锂离子电池，其平均放电电压为3. 4 3. 7V vs. Li+/Li。常见的锂离子电池结构包含一阴极、一阳极、一隔离板、及一含锂盐的电解质。其中，锂离子电池是依循锂的嵌埋-脱嵌机制进行电池的充放电，其充放电机制如下式(I)及
(II)所示。充电LiFePO4-XLi+_xe-— XFePO4+(l_x) LiFePO4(I)放电FeP04+xLi.+xe-— x LiFePO4+(l_x)FePO4(II)当充电时，锂离子会脱离LiFePO4结构；而当放电时,锂离子会再进入LiFePO4结构。因此，锂离子电池的充放电是一个LiFeP04/FeP04两相过程。然而，锂离子在LiFePO4和FePO4中扩散系数相当低，故一般是于材料中掺杂金属添加物，以提升锂离子扩散速率。此夕卜，以目前发展的LiFePO4材料而言，因锂离子于粉末结构中行进距离较长，而有导电度差的问题；因此，一般是由包覆碳以增加粉体导电度，以提升电池的充放电效率。然而，无论是掺杂金属添加物或碳包覆，均会增加阴极材料LiFePO4的工艺步骤，而导致锂离子电池的成本增加。此外，现今多采用固态法制备LiFePO4粉末。然而，固态法的烧结温度却与产物性质极为相关。若烧结温度在700°C以下，烧结前原料要充分混合，否则会导致Fe3+杂质相；但若烧结温度低于600°C,产物平均粒径小于30 μ m,温度一提高,粒径分布就大于30 μ m,而须再加入后续研磨及过筛的步骤使产物粒径介于I μ m到10 μ m间。因此，固态法不易制作出锂离子行进距离为纳米尺寸的LiFePO4粉末。因此，目前亟需发展出一种以简便方法制作的锂离子电池用的纳米尺寸阴极材料，除了可提升电池的充放电效率外，更可降低锂离子电池的制作成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池的磷酸锂铁粉末，其具有较短的锂离子行进距离，进而提升锂离子电池的充放电效率。 本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池的磷酸锂铁粉末的制作方法，以简单的工艺制作出具有较短锂离子行进距离的磷酸锂铁粉末，进而减少锂离子电池的制作成本。为实现上述目的，本发明提供的锂离子电池的磷酸锂铁粉末，具有一扁平片状的外型，其中该磷酸锂铁粉末的厚度为5-200nm，且该磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为0-80°。所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末具有一花瓣状的外型。所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为30-65°。所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的扁平平面晶带轴与锂离子通道b轴
的夹角为0-80°。所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的扁平平面晶带轴与锂离子通道b轴
的夹角为30-65。。所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的宽度为500nm-5ym。所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末具有橄榄石结构。本发明提供的锂离子电池的磷酸锂铁粉末的制作方法，包括下列步骤(A)提供一含锂、铁、磷的有机溶剂混合溶液，其中该有机溶剂混合溶液中的锂来自于一锂前驱物、或一磷锂前驱物，该有机溶剂混合溶液中的铁来自于一铁前驱物、或一磷铁前驱物，且该有机溶剂混合溶液中的磷来自于一磷前驱物、一磷锂前驱物、或一磷铁前驱物；(B)加热反应该有机溶剂混合溶液，以制得一合成粉末；以及(C)热处理该合成粉末，以制得一磷酸锂铁粉末。所述的制作方法，其中，于步骤(B)中，是在一气氛下或通有一气流下，加热反应该有机溶剂混合溶液，以制得一合成粉末。所述的制作方法，其中，于步骤(C)中，是在一气氛下或通有一气流下，热处理该合成粉末，以制得一磷酸锂铁粉末。所述的制作方法，其中，该锂前驱物是至少一选自由LiOH、Li2C03、LiN03、CH3COOLi、Li2C2O4' Li2SO4' LiCl、LiBr、及 LiI 所组成的群组。所述的制作方法，其中，该铁前驱物是至少一选自由FeCl2、FeBr2, FeI2, FeSO4,(NH4) 2Fe (SO4)2, Fe (NO3) 2、FeC2O4、(CH3COO) 2Fe、及 FeCO3 所组成的群组。所述的制作方法，其中，该磷前驱物是至少一选自由H3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、Mg3 (PO4) 2及NH3H2PO4所组成的群组。所述的制作方法，其中，该磷锂前驱物是至少一选自由LiH2P04、Li2HPO4、及Li3PO4所组成的群组。所述的制作方法，其中，该磷铁前驱物是至少一选自由Fe3(PO4)2、及FePO4所组成的群组。所述的制作方法，其中，该有机溶剂混合溶液中包括至少一选自由界面活性剂、高分子电解质、及稳定剂所组成的群组。所述的制作方法,其中，该有机溶剂是选自由乙二醇(ethylene glycol, EG)、二乙二醇(diethylene glycol, DEG)、丙三醇(glycerol)、三乙二醇(triethylene glycol,TEG)、四乙二醇(tetraethylene glycol, TTEG)、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)、二甲基亚讽(Dimethyl sulfoxide, DMS0)、二甲基甲酸胺(N, N-dimethylmethanamide, DMF)、及其混合物所组成的群组。 所述的制作方法,其中，该气氛或气流包含至少一选自由氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、一氧化碳、甲烷、氮氢混合气体、及其混合物所组成的群组。所述的制作方法,其中，该气氛或气流包含至少一选自由氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、一氧化碳、甲烷、氮氢混合气体、及其混合物所组成的群组。所述的制作方法，其中，该界面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)、十二烧基苯石黄酸钠(sodiumdodecyIbenzenesulfonate, SDBS)、十二烧基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate, SDS)、或 Triton-XlOO。所述的制作方法，其中，该高分子电解质为聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrollidone, PVP)、过氧乙酸(peroxyacetic acid, PAA)> 聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine, PEI)、或聚丙烯酸胺(polyacrylamide, PAM)。所述的制作方法,其中，该稳定剂为聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol, PVA)、或聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate, PVAc)。所述的制作方法，其中，于步骤(B)中，是于105-350°C下反应该有机溶剂混合溶液。所述的制作方法，其中，于步骤(B)中，是反应该有机溶剂混合溶液10-20小时。所述的制作方法，其中，于步骤(C)中，是于300-700°C下热处理该合成粉末。所述的制作方法，其中，于步骤(C)中，是热处理该合成粉末1-20小时。所述的制作方法，其中，该磷酸锂铁粉末是具有一扁平片状的外型，该磷酸锂铁粉末的厚度为5-200nm，且该磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为0-80。。所述的制作方法，其中，该磷酸锂铁粉末是具有橄榄石结构。综上所述，本发明的磷酸锂铁粉末及其制作方法，因所制得的磷酸锂铁粉末厚度仅为纳米尺寸，即便未添加额外元素且未包覆碳，仍可提升电池的充放电特性。因此，本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法的工艺相对简单，且若将本发明的磷酸锂铁粉末应用于锂离子电池上，则可降低电池的生产成本。
图IA是本发明实施例I热处理前合成粉末的XRD绕射图。图IB是本发明实施例I所制得的磷酸锂铁粉末的XRD绕射图。图2A及图2B是本发明实施例I的磷酸锂铁粉末的SEM图。图3是本发明实施例I的锂离子行进路径示意图。图4是本发明实施例3的磷酸锂铁粉末的SEM图。附图中主要组件符号说明10磷酸锂铁粉末；101扁平片状平面；D厚度；x行走距离；α夹角。
具体实施方式
本发明提供的锂离子电池的磷酸锂铁粉末，是具有一扁平片状的外型，其中磷酸锂铁粉末的厚度为5-200nm，且磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为0-80°。于本发明中，所谓的「法线」，即为垂直于磷酸锂铁粉末的扁平平面的直线。此外，本发明亦提供上述磷酸锂铁粉末的制作方法，包括下列步骤(A)提供一含锂、铁、磷的有机溶剂混合溶液，其中有机溶剂混合溶液中的锂是来自于一锂前驱物、或一磷锂前驱物，有机溶剂混合溶液中的铁是来自于一铁前驱物、或一磷铁前驱物，且有机溶剂混合溶液中的磷是来自于一磷前驱物、一磷锂前驱物、或一磷铁前驱物；(B)加热反应有机溶剂混合溶液，以制得一合成粉末；以及(C)热处理合成粉末，以制得一磷酸锂铁粉末。于本发明的锂离子电池的磷酸锂铁粉末及其制作方法中，通过于有机溶剂混合溶液中反应各前驱物，再经过热处理步骤，即可制得一具有良好结晶特性且短锂离子行进距离的磷酸锂铁粉末。由于本发明所制得的磷酸锂铁粉末具有扁平状外型，甚至是如花瓣状的外型，故粉末的厚度相当薄，而可大幅缩短锂离子嵌埋或脱嵌的行进距离，以提升锂离子的扩散速率。因此，当使用本发明所制得的磷酸锂铁粉末作为锂离子电池的阴极材料时，因锂离子行进距离短，故可提升电池的充放电效率。同时，因无须通过掺杂添加物或包覆导电材料即可提升电池特性，故亦可降低电池的制作成本。于本发明的锂离子电池的磷酸锂铁粉末中，磷酸锂铁粉末的晶带轴(zone axis)与锂离子通道b轴
的夹角为0-80°，故磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为0-80°。较佳为，磷酸锂铁粉末的晶带轴与锂离子通道b轴
的夹角为30-65°，即磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为30-65°。更佳为，磷酸锂铁粉末的晶带轴与锂离子通道b轴
的夹角为45-60°，即磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为45-60°。较佳为，磷酸锂铁粉末的扁平平面晶带轴接近[1，-3,5]。此外，于本发明的锂离子电池的磷酸锂铁粉末中，磷酸锂铁粉末的宽度并无特殊限制，较佳为500nm至5 μ m,更佳为I μ m至2. 5 μ m。再者，于本发明的锂离子电池的磷酸锂铁粉末中，磷酸锂铁粉末具有橄榄石结构(Triphylite)。于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，于步骤(A)中，可更添加少量掺杂金属化合物，以增加所形成的磷酸锂铁粉末的导电性。其中，此掺杂金属可为至少一选自由Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Zr、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Pt、Au、Al、Ga、In、Be、Mg、Ca、Sr、B、及Nb所组成的群组。较佳为，掺杂金属化合物为上述金属元素的硫酸金属盐、碳酸金属盐、硝酸金属盐、草酸金属盐、醋酸金属盐、氯化盐、溴化盐、或碘化盐。更佳为，掺杂金属化合物为上述金属元素的硫酸金属盐。最佳为掺杂金属化合物为Mn、Cr、Co、Cu、Ni、Zn、Al、或Mg的硫酸金属盐。据此，本发明所制得的磷酸锂铁粉末，其如下式⑴所示LiFe(H)MxPO4(I)其中，M可包含一种或以上的金属，且该金属是选自由Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Zr、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Pt、Au、Al、Ga、In、Be、Mg、Ca、Sr、B、及 Nb 所组成的群组，且O彡X < O. 5。其中，该金属较佳是选自由Mn、Cr、Co、Cu、Ni、Zn、Al、及Mg所组成的群组；更佳是选自由Mn、Cu、Zn、Al、Ni、及Mg所组成的群组。此外，于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，于步骤(A)中，可还添加少量碳材料，以使所合成的磷酸锂铁粉末表面包覆碳，以增加所形成的磷酸锂铁粉末的导电性。 其中，碳材料可为任何糖类，如蔗糖。在此，碳材料的添加量可为合成的磷酸锂铁重量的
O.1-20%。于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，锂前驱物可为至少一选自由LiOH、Li2CO3' LiNO3' CH3COOLi' Li2C2O4' Li2SO4' LiCl、LiBr、及 LiI 所组成的群组；铁前驱物可为至少一选自由 FeCl2' FeBr2, FeI2' FeSO4' (NH4)2Fe(SO4)2' Fe(NO3)2' FeC2O4' (CH3COO)2Fe及FeCO3所组成的群组；磷前驱物可为至少一选自由H3P04、NaH2PO4, Na2HPO4, Mg3(PO4)2及NH3H2PO4所组成的群组；磷锂前驱物可为至少一选自由LiH2P04、Li2HPO4、及Li3PO4所组成的群组；而磷铁前驱物是至少一选自由Fe3(PO4)2、及FePO4K组成的群组。于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，有机溶剂混合溶液中除了含有上述前驱物外，还可包括任何可帮助反应合成或前驱物溶解的添加物，如界面活性剂、高分子电解质、及稳定剂。在此，界面活性剂的例子可为十六烧基三甲基溴化铵(Cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)、十二烧基苯横酸纳(sodiumdodecylbenzene sulfonate, SDBS)、十二烧基硫酸纳(sodium dodecyl sulfate, SDS)、或Triton-XlOO ;高分子电解质的例子可为聚乙烯卩比咯烧酮(polyvinylpyrollidone, PVP)、过氧乙酸(peroxyacetic acid, PAA)、聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine, PEI)、或聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM);而稳定剂的例子可为聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol, PVA)、或聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate, PVAc)。除了可添加上述添加物控制晶体大小和晶体成长优选方向外，更可于步骤(B)中外加一电场，以控制晶体的成长方向。由此，以大幅提高锂离子的传输界面面积。此外，于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，有机溶剂可为一般本技术领域常用的介质，且可为任何本技术领域常用的多元醇有机溶剂。其中，有机溶剂较佳为乙二醇(ethylene glycol, EG)、二乙二醇(diethyleneglycol, DEG)、三乙二醇(triethyleneglycol, TEG)、四乙二醇(tetraethyleneglycol, TTEG)、丙三醇(glycerol)、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)、二甲基亚讽(Dimethyl sulfoxide,DMS0)、二甲基甲酰胺(N,N-dimethylmethanamide, DMF)、或其混合物；且有机溶剂更佳为二乙二醇、丙三醇、或其混合物。再者，于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，于步骤(B)中，可采用水热法、热液法、回流法、或共沉淀法反应有机溶剂混合溶液。较佳为，使用回流法进行反应。其中，反应温度较佳为105-350°C，而反应时间较佳为10-20小时。
此外，于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，于步骤(B)中，还可在一气氛下或通入一气流下，加热反应该有机溶剂混合溶液，而制得一合成粉末。其中，此气流或气氛可作为一保护气体或还原气体，且可包含至少一选自由氮气、氢气、氦气、氖气、気气、氪气、氣气、一氧化碳、甲烷、氮氢混合气体、及其混合物所组成的群组。较佳为，保护气体或还原气体系氮气、氢气、或氮氢混合气体。更佳为，保护气体或还原气体是氮氢混合气体。于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，于步骤(C)中，还可在一气氛下或通入一气流下热处理该合成粉末，以制得一磷酸锂铁粉末。其中，此气流或气氛可作为一保护气体或还原气体，且可包含至少一选自由氮气、氢气、氦气、氖气、気气、氪气、氣气、一氧化碳、甲烷、氮氢混合气体、及其混合物所组成的群组。较佳为，保护气体或还原气体是氮气、氢气、或氮氢混合气体。更佳为，保护气体或还原气体是氮氢混合气体。此外，于本发明的磷酸锂铁粉末的制作方法中，于步骤(C)中，较佳是于300-700°C下热处理该合成粉末；且较佳是热处理该合成粉末1-20小时。
此外，可以本技术领域已知的方法，将本发明的锂离子电池的磷酸锂铁粉末做为阴极材料，以制得一锂离子电池。以下将约略描述锂离子电池的制作方法，然而本发明并不限于此。其中，阳极的工艺是由涂覆一碳材料于一阳极电流收集器上，接着再将的干燥并压制而成；而阴极的工艺是由涂覆一阴极活性材料(即本发明的磷酸锂铁粉末)于一阴极电流收集器上，接着再将的干燥并压制而成。而后，将一隔离膜插入于阴极与阳极之间，再注入一含锂盐的电解质，经封装后，则制得一锂离子电池。以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可由其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。实施例I将H3P04、FeC204、及 LiOH 前驱物以 I I I 的比例溶于一 300ml 二乙二醇(DEG)中，以得到一有机溶剂混合溶液(O. 15M)。接着，于200°C下通氮氢混合气流，并以回流法反应有机溶剂混合溶液18小时，经过滤后，可得一合成粉末。而后，将合成粉末通入氮气氛，以500°C热处理2小时，则可制得本实施例的磷酸锂铁粉末。将本实施例热处理前的合成粉末及所制得的磷酸锂铁粉末，以X光绕射仪(Shimadzu 6000)测量其晶体结构。于此，X光为Cu Ka线，2Θ扫描角度为15°到45°，扫描速率为1° /min。X光绕射测量结果分别如图IA及IB所示，其中图IA为热处理前合成粉末的XRD绕射图，而图IB为本实施例所制得的磷酸锂铁粉末的XRD绕射图。于图IA及图IB中，上方分别为热处理前合成粉末及本实施例所制得粉末的XRD绕射图，下方为JCPDS卡编号81-1173的橄榄石结构的磷酸锂铁(LiFePO4)的XRD绕射图，于上方绕射图中以直线标示出绕射峰的峰值位置。如图IA所示，热处理前的合成粉末并不具有橄榄石结构。然而，如图IB所示，所有标不于实施例粉末绕射峰中心的直线皆对应于下方JCPDS卡编号81-1173的橄榄石结构的磷酸锂铁(LiFePO4)的XRD绕射峰的峰值位置，且未观察到其它非磷酸锂铁的绕射峰，显示本实施例所制作出的粉末皆为具橄榄石结构的磷酸锂铁粉末(LiFePO4)。
此外，还以扫描式电子显微镜(SEM) (Hitachi S-4000)观察本实施例的磷酸锂铁粉末的表面形貌，结果如图2A及图2B所示。其中，当放大倍率十万倍时,如图2A所示,粉末成扁平片状，也可称为花瓣状，且每一扁平片状宽度约2 μ m ;而当放大倍率六十万倍，如图2B所示，每一扁平片状厚度约50nm，且面宽约为厚度的40倍。再者，穿透式电子显微镜(TEM) (JE0L 2010)单晶绕射结果显示，本实施例所制得的磷酸锂铁粉末，其晶带轴(zone axis)最接近[I, -3,5],而[I, -3,5]与各绕射面法线(surface normal)的夹角介于89. 33°到90. 33°间。经计算后，[1,-3,5]与锂离子通道的b轴
间约夹54.93°。该夹角Θ，可以下法计算得出[I, -3,5] ·
= I [I, -3,5] | X |
| Xcos θcosi = , ~== = -0.5753
其中a = 10. 33埃,b = 6. 01埃，c = 4. 692埃,分别为磷酸锂铁晶轴x，y，z方向单位向量的长度，因此可得出Θ = 125.07°，也可视为180° -125.07° = 54.93°。换言之，如图3所示，本实施例所制得的磷酸锂铁粉末10，其扁平片状平面101的法线与锂离子通道的夹角α为54. 93°。经换算后，锂离子自此厚度D(50nm)的薄片状粉末离开粉末的最远行走距离X为(50nm/(2*cos54. 93° )) = 43. 5nm。实施例2将H3P04、FeS04、及Li2CO3前驱物以I I I比例与等摩尔数的尿素(urea)溶于一 300ml 二乙二醇(DEG)中，以得到一有机溶剂混合溶液(O. 3M)。接着，于200°C下通氮氢混合气体，并以回流法反应有机溶剂混合溶液14小时，经过滤后，可得一合成粉末。而后，将合成粉末通入氮气氛，以500°C热处理10小时，则可制得本实施例的磷酸锂铁粉末。利用实施例I相同的方法，以X光绕射仪、扫描式电子显微镜及穿透式电子显微镜分析本实施例所制得的磷酸锂铁粉末。X光绕射结果显示，本实施例所制作出的粉末为具橄榄石结构的磷酸锂铁粉末；而SEM结果显示，粉末成扁平片状，且每一扁平片状宽约I至
I.5 μ m，厚度约20至35nm，且面宽约为厚度的43倍至50倍。此外，TEM单晶绕射结果显示，晶带轴与各绕射面垂线(surface normal)的夹角介于89. 33°到90. 33°间。经计算后，晶带轴与锂离子通道的b轴
间约夹54°。实施例3将!^04、FeC204、及LiOH 前驱物以 I : I : I 比例溶于一 300ml 二乙二醇(DEG)中，以得到一有机溶剂混合溶液(O. 15M)。而后，于此有机溶剂混合溶液中添加十二烷基硫酸钠(SDS)，并于200°C下通氮气，并以回流法反应有机溶剂混合溶液10小时，经过滤后，可得一合成粉末。而后，将合成粉末通入氮气氛，以500°C热处理4小时,则可制得本实施例的磷酸锂铁粉末。以扫描式电子显微镜观察本实施例的磷酸锂铁粉末的表面形貌，结果如图4所示。其中，当放大倍率十万倍时，粉末为平板状，也可称为花瓣状，且每一平板状粉末其厚度薄且均匀。同时，还可观察到本实施例所制得的磷酸锂铁粉末，其分散性较实施例I所制得的磷酸锂铁粉末更佳。由上述实施例I至3的结果显示，本发明所制得的磷酸锂铁粉末形状特殊，使得粉末得以有最高表面密度的锂离子信道。此外，粉末表面的平面特性，使得锂离子得以均匀、高密度的方式离开粉末，故可提高电流密度。另一方面，本发明所制得的磷酸锂铁粉末锂离子行进距离仅约为粉末厚度大小，故锂离子于此材料中扩散速率较迅速。因此，即便未掺杂金属添加物，仍可维持高锂离子扩散速率。同时，锂离子离开粉末的数量不因时间而有明显变化，且可得到一接近于常数的充放电电流，故不会有随着充放电时间增加，充放电电流逐渐减少的问题。此外，由于本发明所制得的磷酸锂铁粉末锂离子行进距离为纳米尺寸，故不会有导电度差的问题。因此，当本发明的磷酸锂铁粉末用于锂离子电池时，无须包覆碳即可具有高导电度。 上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种锂离子电池的磷酸锂铁粉末，具有一扁平片状的外型，其中该磷酸锂铁粉末的厚度为5-200nm，且该磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为0-80°。
2.如权利要求I所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末具有一花瓣状的外型。
3.如权利要求I所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为30-65°。
4.如权利要求I所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的扁平平面晶带轴与锂离子通道b轴
的夹角为0-80°。
5.如权利要求3所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的扁平平面晶带轴与锂离子通道b轴
的夹角为30-65°。
6.如权利要求I所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末的宽度为500nm-5ym。
7.如权利要求I所述的磷酸锂铁粉末，其中，该磷酸锂铁粉末具有橄榄石结构。
8.一种锂离子电池的磷酸锂铁粉末的制作方法，包括下列步骤 (A)提供一含锂、铁、磷的有机溶剂混合溶液，其中该有机溶剂混合溶液中的锂来自于一锂前驱物、或一磷锂前驱物，该有机溶剂混合溶液中的铁来自于一铁前驱物、或一磷铁前驱物，且该有机溶剂混合溶液中的磷来自于一磷前驱物、一磷锂前驱物、或一磷铁前驱物； (B)加热反应该有机溶剂混合溶液，以制得一合成粉末；以及 (C)热处理该合成粉末，以制得一磷酸锂铁粉末。
9.如权利要求8所述的制作方法，其中，于步骤(B)中，是在一气氛下或通有一气流下，加热反应该有机溶剂混合溶液，以制得一合成粉末。
10.如权利要求8所述的制作方法，其中，于步骤(C)中，是在一气氛下或通有一气流下，热处理该合成粉末，以制得一磷酸锂铁粉末。
11.如权利要求8所述的制作方法，其中，该锂前驱物是至少一选自由LiOH、Li2C03、LiNO3' CH3COOLi、Li2C2O4' Li2SO4' LiCULiBr 及 LiI 所组成的群组。
12.如权利要求8所述的制作方法，其中，该铁前驱物是至少一选自由FeCl2、FeBr2,FeI2' FeSO4' (NH4)2Fe (SO4)2' Fe (NO3)2' FeC2O4' (CH3COO)2Fe 及 FeCO3 所组成的群组。
13.如权利要求8所述的制作方法，其中，该磷前驱物是至少一选自由H3P04、NaH2PO4,Na2HPO4, Mg3 (PO4) 2 及 NH3H2PO4 所组成的群组。
14.如权利要求8所述的制作方法，其中，该磷锂前驱物是至少一选自由LiH2P04、Li2HPO4及Li3PO4所组成的群组。
15.如权利要求8所述的制作方法，其中，该磷铁前驱物是至少一选自由Fe3(PO4)2及FePO4K组成的群组。
16.如权利要求8所述的制作方法，其中，该有机溶剂混合溶液中包括至少一选自由界面活性剂、高分子电解质及稳定剂所组成的群组。
17.如权利要求8所述的制作方法，其中，该有机溶剂是选自由乙二醇、二乙二醇、丙三醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺及其混合物所组成的群组。
18.如权利要求9所述的制作方法，其中，该气氛或气流包含至少一选自由氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、一氧化碳、甲烷、氮氢混合气体及其混合物所组成的群组。
19.如权利要求10所述的制作方法，其中，该气氛或气流包含至少一选自由氮气、氦气、氖气、IS气、氪气、氣气、一氧化碳、甲烧、氮氢混合气体及其混合物所组成的群组。
20.如权利要求16所述的制作方法，其中，该界面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或Triton-XlOO。
21.如权利要求16所述的制作方法，其中，该高分子电解质为聚乙烯吡咯烷酮、过氧乙 酸、聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺。
22.如权利要求16所述的制作方法，其中，该稳定剂为聚乙烯醇或聚乙酸乙烯酯。
23.如权利要求8所述的制作方法，其中，于步骤(B)中，是于105-350°C下反应该有机溶剂混合溶液。
24.如权利要求8所述的制作方法，其中，于步骤(B)中，是反应该有机溶剂混合溶液10-20小时。
25.如权利要求8所述的制作方法，其中，于步骤(C)中，是于300-700°C下热处理该合成粉末。
26.如权利要求8所述的制作方法，其中，于步骤(C)中，是热处理该合成粉末1-20小时。
27.如权利要求8所述的制作方法，其中，该磷酸锂铁粉末是具有一扁平片状的外型，该磷酸锂铁粉末的厚度为5-200nm，且该磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为0-80°。
28.如权利要求8所述的制作方法，其中，该磷酸锂铁粉末是具有橄榄石结构。
全文摘要
本发明是有关于一种锂离子电池的磷酸锂铁粉末及其制作方法，其中磷酸锂铁粉末是具有一扁平片状的外型，其中磷酸锂铁粉末的厚度为5-200nm，且磷酸锂铁粉末的扁平平面的法线与锂离子通道的夹角为0-80°。此外，本发明所提供的磷酸锂铁粉末制作方法，仅需通过简单的工艺，即可制作出具有短锂离子行进距离的磷酸锂铁粉末，进而提升锂离子电池的充放电效率、及降低电池制作成本。
文档编号C01B25/45GK102838101SQ20111017687
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者周丽新, 吴贵兆 申请人:周丽新