专利名称：一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于新材料技术及新能源技术领域，涉及一种锂离子电池技用纳米粉体， 尤其是一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法。
背景技术：
绿色环保锂离子二次电池作为新一代化学电源正越来越显示出发展前途，应用领 域也不断扩大。目前，商品化锂离子电池的正极材料主要为LiCo02。由于Co在自然界中含 量极低，价格昂贵，其未来的发展受到制约。因此，寻找电性能优异。价格低廉的正极材料 是一项非常迫切的任务。由于LiFePO4具有价格低廉、安全性能和热稳定性能好、无污染和 质量比能量高等优点，成为最有潜力的锂离子正极材料之一。目前，国内外对此已进行了广 泛地研究，但大多集中在高温固相合成上，用该方法很难得到纯度高、粒径均勻、电性能良 好的LiFePO4,由于LiFePO4本身电导率较低，大倍率充放电性能差，限制了其商业化进程， 因此人们尝试用新的合成方法及改性途径，希望得到理想的LiFePO4材料。水热法是通过高温、高压在水溶液或水蒸气等流体中进行化学反应，制备出粉体 材料的一种方法。它是目前液相法中制备超微颗粒的一种方法，与固相法及溶胶_凝胶法 相比，具有操作简单、物相均勻、粒径小的优点。固相法及溶胶-凝胶法大都需要经过高温 热处理进行结晶，这样一方面对反应气氛有较高要求，容易造成反应均勻性不好，另一方面 高温热处理不可避免的造成粉体的团聚，从而影响粉体的应用性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种锂离子电池用掺杂磷酸铁 锂纳米粉体的制备方法，该方法制备工艺简单，实现了粉体制备和掺杂的同步完成，能够得 到性能良好的锂离子电池阳极使用的金属掺杂磷酸铁锂纳米粉体。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的这种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，按照以下步骤1)合成前驱体溶液将磷源化合物、亚铁源化合物和锂源化合物按照P Fe Li摩尔比为1 1 1 比例配制成0. 4 2. 4mol/L的前驱体溶液；2)配制掺杂源前驱液将掺杂源配制成0. 5 lmol/L的溶液；所述掺杂源为硫酸氧钛、硝酸锰、磷酸锰、 磷酸镍、磷酸铬和氯化镍的一种；3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按摩尔比为(0. 01 0. 1) 1混合后置于 水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹2 5min后加3 8MPa的初压，然后在100 220 度下反应5 20h，自然冷却后取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉 体。进一步，上述磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种的混合物。上述锂源化合物为氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂和醋酸锂中的一种或多种的混合物。上述亚铁源化合物为氯化亚铁、硫酸亚铁和醋酸亚铁中的一种或多种的混合物。本发明具有以下有益效果本发明利用水热法，通过高温、高压在水溶液或水蒸气等流体中进行化学反应制 备锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体，该方法与固相法及溶胶_凝胶法相比，具有操作 简单、物相均勻、粒径小的优点。
图1为LiFePO4粉体的SEM图谱；图2为实施例2得到的镍掺杂的LiFePO4粉体的XRD图谱。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细描述实施例11)合成反应前驱物将磷酸、醋酸亚铁和氢氧化锂按照还有的P Fe Li摩尔比为1 1 1比 例配制成0. 4mol/L的前驱体溶液(溶剂为水，以下溶剂均采用水)；2)配制掺杂源前驱液将硫酸氧钛配制成0. 5mol/L的溶液，作为掺杂源前驱液；3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按照硫酸氧钛与亚铁离子摩尔比为 0.01 1的比例混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加SMPa的初压， 然后在100度下反应20h后，自然冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺 杂磷酸铁锂纳米粉体。实施例2第一步，合成前驱体溶液将磷源化合物(磷酸二氢铵磷酸=1 1)、氯化亚铁 和碳酸锂按照P Fe Li摩尔比为1 1 1比例配制成1. 4mol/L的前驱体溶液；第二步，掺杂源前驱液的配制将磷酸镍配制成lmol/L的溶液作为掺杂源前驱 液，掺杂源选择磷酸镍；第三步，将掺杂源前驱液与前驱体溶液按摩尔比0.1 1的比例混合后置于水热 反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加4MPa的初压，然后在180度下反应8h后，自然 冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。本实施例得到的镍掺杂的LiFePO4粉体的XRD图谱如图2所示，从图中可以看出， 粉体结晶良好，杂相较少，只是由于掺杂相的引入部分峰的位置略又偏移。实施例3第一步，合成前驱体溶液将磷源化合物(由磷酸氢二铵磷酸以摩尔比为 1 1混合)硫酸亚铁锂源化合物(由氯化锂和醋酸锂以摩尔比为1 1混合)按照 P Fe Li摩尔比为1 1 1比例配制成2.4mol/L的前驱体溶液(溶剂为水，以下 溶剂均采用水)；
第二步，掺杂源前驱液的配制将掺杂源配制成0. 8mol/L的溶液，掺杂源选择磷 酸镍，第三步将掺杂源前驱液与前驱体溶液按摩尔比0. 08 1的比例混合后置于水热 反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加2MPa的初压，然后在220度下反应5h后，自然 冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。实施例4第一步，合成前驱体溶液将磷酸亚铁源化合物(由氯化亚铁和硫酸亚铁以摩 尔比为1 1混合)醋酸锂按照P Fe Li摩尔比为1 1 1比例配制成2. Omol/ L的前驱体溶液；第二步，掺杂源前驱液的配制将掺杂源配制成0. 8mol/L的溶液作为掺杂源前驱 液，掺杂源选择硝酸锰；第三步将掺杂源前驱液与前驱体溶液按摩尔比0.03:1的比例混合后置于水热 反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加5MPa的初压，然后在160度下反应5h后，自然 冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。实施例5第一步，合成前驱体溶液将磷酸亚铁源化合物(由氯化亚铁和硫酸亚铁以摩 尔比为1 1混合)醋酸锂按照P Fe Li摩尔比为1 1 1比例配制成2. Omol/ L的前驱体溶液；第二步，掺杂源前驱液的配制将掺杂源配制成0. 8mol/L的溶液作为掺杂源前驱 液，其中掺杂源选择磷酸锰第三步将掺杂源前驱液与前驱体溶液按摩尔比0.03:1的比例混合后置于水热 反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹3min后加5MPa的初压，然后在160度下反应5h后，自然 冷却后取出然后经离心洗涤后干燥即得到结晶良好的掺杂磷酸铁锂纳米粉体。实施例61)合成前驱体溶液将磷酸氢二铵、氯化亚铁和碳酸锂按照P Fe Li摩尔比为1 1 1比例配 制成lmol/L的前驱体溶液；2)配制掺杂源前驱液将掺杂源配制成0. 5mol/L的溶液；所述掺杂源为磷酸铬；3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按摩尔比为0.08 1混合后置于水热反应 釜中，将釜体内用高纯氮气吹2min后加3MPa的初压，然后在120度下反应10h，自然冷却后 取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。实施例71)合成前驱体溶液将磷酸氢二铵、醋酸亚铁和碳酸锂按照P Fe Li摩尔比为1 1 1比例配 制成2mol/L的前驱体溶液；2)配制掺杂源前驱液将掺杂源配制成0. 5mol/L的溶液；所述掺杂源为硫酸氧钛、硝酸锰、磷酸锰、磷酸 镍、磷酸铬和氯化镍的一种；
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3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按摩尔比为0.09 1混合后置于水热反应 釜中，将釜体内用高纯氮气吹4min后加3MPa的初压，然后在220度下反应15h，自然冷却后 取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。参见附图，其中图1是利用本发明的方法制备的LiFePO4粉体的SEM图谱，从图1 中可以看出，本发明制备出的粉体由10-20nm左右的颗粒组成。
权利要求
一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在于，按照以下步骤1)合成前驱体溶液将磷源化合物、亚铁源化合物和锂源化合物按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成0.4～2.4mol/L的前驱体溶液；2)配制掺杂源前驱液将掺杂源配制成0.5～1mol/L的溶液；所述掺杂源为硫酸氧钛、硝酸锰、磷酸锰、磷酸镍、磷酸铬和氯化镍的一种；3)将以上掺杂源前驱液和前驱体溶液按摩尔比为(0.01～0.1)∶1混合后置于水热反应釜中，将釜体内用高纯氮气吹2～5min后加3～8MPa的初压，然后在100～220度下反应5～20h，自然冷却后取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在 于，所述磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在 于，所述锂源化合物为氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂和醋酸锂中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，其特征在 于，所述亚铁源化合物为氯化亚铁、硫酸亚铁和醋酸亚铁中的一种或多种的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体的制备方法，该方法首先利用磷源化合物、亚铁源化合物和锂源化合物合成前驱体溶液，在配制掺杂源前驱液，然后将掺杂源前驱液和前驱体溶液按比例混合置于水热反应釜中，在氮气并加压环境下，以100～220度反应，反应完成后自然冷却取出，然后经离心洗涤后干燥即得到掺杂磷酸铁锂纳米粉体。该方法是利用水热法，通过高温、高压在水溶液或水蒸气等流体中进行化学反应制备锂离子电池用掺杂磷酸铁锂纳米粉体，该方法与固相法及溶胶-凝胶法相比，具有操作简单、物相均匀、粒径小的优点。
文档编号H01M4/1397GK101964418SQ20101029381
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者刘文秀 申请人:彩虹集团公司