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一种球状LiFePO4微晶的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2011-11-23
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2013-10-09
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2031-11-23
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201110374910.2 申请日 2011-11-23
公开/公告号 CN102502563B 公开/公告日 2013-10-09
授权日 2013-10-09 预估到期日 2031-11-23
申请年 2011年 公开/公告年 2013年
缴费截止日
分类号 C01B25/45B82Y40/00H01M4/1397 主分类号 C01B25/45
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 0
引用专利数量 6 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN101764215A、CN101764217A、US2011110838A1、CN101327922B、CN102074690A、CN102040211A 被引证专利
专利权维持 11 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 陕西科技大学 当前专利权人 山东格新精工有限公司
发明人 黄剑锋、孙莹、李意峰、曹丽云 第一发明人 黄剑锋
地址 陕西省西安市未央区大学园1号 邮编 710021
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 陕西省 申请人所在市 陕西省西安市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
西安通大专利代理有限责任公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
陆万寿
摘要
一种球状LiFePO4微晶的制备方法,向通入氮气的蒸馏水中加入Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O制成溶液B;向溶液B中加入柠檬酸得溶液C;调节溶液C的pH值至3.0~12.0得反应液D;将反应液D倒入微波水热釜中,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,反应结束后,自然冷却至室温;打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。本发明结合微波法和水热法的双重优点,反应在液相中一次完成,不需要后期处理,并且工艺设备简单,反应周期短,可重复性高。制备过程中通过控制不同的反应温度,成功制备出了具有准球形的LiFePO4微晶。
  • 摘要附图
    一种球状LiFePO4微晶的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种球状LiFePO4微晶的制备方法
  • 说明书附图:图2
    一种球状LiFePO4微晶的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-12-30 专利权的转移 登记生效日: 2022.12.19 专利权人由南通海鑫信息科技有限公司变更为山东格新精工有限公司 地址由226600 江苏省南通市海安县城东镇晓星大道8号变更为276000 山东省临沂市高新区罗西街道涧沟崖村西
2 2013-10-09 授权
3 2012-06-20 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种球状LiFePO4微晶的制备方法,其特征在于:
1)首先,向蒸馏水中通入氮气得到溶氧量较小的蒸馏水A;
+ 3- 2+
2)分别将分析纯的Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O按照Li :PO4 :Fe =(0.8~5):(1~
2+
6):(0.5~3)的摩尔比加入蒸馏水A中密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成Fe浓度为0.05~0.5mol/L的溶液B;
3)按Li2CO3和FeC2O4·2H2O质量之和与柠檬酸为1:(0.5~5)的质量比向溶液B中加入分析纯的柠檬酸(C6H8O7·H2O),常温下磁力搅拌均匀得溶液C;
4)调节溶液C的pH值至3.0~12.0得反应液D;
5)将反应液D倒入微波水热釜中,填充比控制在67%,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,温控模式的温度控制在
140~220℃,控压模式水热压力控制在0.5~4.0MPa,微波功率控制在500~1000w,反应时间为10~120min,反应结束后,自然冷却至室温;
6)打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入
60~100℃的真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种LiFePO4电池粉体的制备方法,特别涉及一种球状LiFePO4微晶的制备方法。技术背景
[0002] 锂离子电池是指使用能吸入或解吸锂离子的碳素材料作为负极活性物质;使用能吸入或解吸锂离子并含有锂离子的金属氧化物作为正极活性物质,基于以上进行化学反应原理而制成的使用有机溶剂作为电解液的可充电电池。
[0003] LiFePO4具有橄榄石结构,能可逆的嵌入和脱嵌锂离子。同时具有高能量密度,性能稳定、安全性高、环境友好以及价格更加便宜等优点。该材料理论比容量高,为170mAh/-1g ,相对于锂金属负极具有平坦而适中的放电平台(3.4V左右),因此被认为是最具有潜力的锂离子电池正极材料。但是纯LiFePO4存在一个由晶体结构决定的缺点:电导率小(约-9 -11 -10
为10 S/cm)、离子扩散系数低(约为10 ~10 S/cm),导致其于大电流密度下放电的容量急剧下降,循环性能也变差,限制了LiFePO4的应用。
[0004] 磷酸铁锂的制备方法有高温固相法、水热法、溶胶-凝胶法、微波法、液相共沉淀法、碳热还原法和微乳液法等。其中高温固相法是制备磷酸铁锂的最常用方法。Padhi等是以FeC2O4·H2O、(NH4)2HPO4和Li2CO3为原料按化学比例进行配料,经球磨混合均匀后在惰性气氛(如Ar2、N2)的保护下经预烧研磨后高温焙烧反应制备 LiFePO4[Padhi A K,3+ 2+
Nanjundaswamy K S,Masquelier C,et al.Effect of structure on the Fe /Fe redox couple in iron phosphates[J].JElectrochem Soc,1997,144(5):1609-1613.]。此法的优点是工艺简单,易实现产业化,但产物粒径不易控制,分布不均匀,形貌也不规则,并且在合成过程中需要使用惰性气氛保护。水热法是以可溶性亚铁盐、锂盐和磷酸为原料在水热条件下直接合成LiFePO4。这些方法要么对设备要求高,比较昂贵;要么原料的利用率很小;
要么工艺复杂,制备周期长,可重复性差。为了达到实用化大规模生产的目的,必须开发生产成本低、操作简单、制备周期短的LiFePO4粉体的制备工艺。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种不需要后期处理,并且工艺设备简单,反应周期短,可重复性高的球状LiFePO4微晶的制备方法。
[0006] 为达到上述目的,本发明采用的制备方法是:
[0007] 1)首先,向蒸馏水中通入氮气得到溶氧量较小的蒸馏水A;
[0008] 2)分别将分析纯的Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O按照Li∶PO4∶Fe=(0.8~5)∶(1~6)∶(0.5~3)的摩尔比加入蒸馏水A中密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅
2+
拌配制成Fe 浓度为0.05~0.5mol/L的溶液B;
[0009] 3)按Li2CO3和FeC2O4·2H2O质量之和与柠檬酸为1∶(0.5~5)的质量比向溶液B中加入分析纯的柠檬酸(C6H8O7·H2O),常温下磁力搅拌均匀得溶液C; [0010] 4)调节溶液C的pH值至3.0~12.0得反应液D;
[0011] 5)将反应液D倒入微波水热釜中,填充比控制在67%,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,温控模式的温度控制在140~220℃,控压模式水热压力控制在0.5~4.0MPa,微波功率控制在500~1000w,反应时间为10~120min,反应结束后,自然冷却至室温;
[0012] 6)打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入60~100℃的真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。
[0013] 微波水热法作为一种快速制备粒径分布窄、形貌均一的纳米粒子的方法,具有其他一些方法不可比拟的优越性,是新型的纳米粉体材料制备方法。本发明结合微波法和水热法的双重优点,反应时间更短、反应温度更低,并且微波的非热效应影响产物晶型的形成。合成的粉体具有粒径分布窄,分散性好,团聚少,颗粒完整等优点。本发明反应在液相中一次完成,不需要后期处理,并且工艺设备简单,反应周期短,可重复性高。制备过程中通过控制不同的反应温度,成功制备出了具有准球形的LiFePO4微晶。有效的提高的粉体的电性能,使其1C放电比容量达到160mAh/g并具有稳定的循环性能。该方法反应周期短、反应温度低,大大降低了能耗,节约了成本,并且操作简单,重复性好,适合大规模生产。 附图说明
[0014] 图1为实施例1所制备的球状LiFePO4微晶的X-射线衍射(XRD)图谱。其中横坐标为2θ角,单位为°;纵坐标为衍射强度,单位为 a.u.;
[0015] 图2为实施例1所制备的球状LiFePO4微晶的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片。 [0016] 具体实施方法
[0017] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0018] 实施例1:
[0019] 1)首先,向蒸馏水中通入氮气得到溶氧量较小的蒸馏水A;
[0020] 2)分别将分析纯的Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O按照Li∶PO4∶Fe=3∶1∶1的2+
摩尔比加入蒸馏水A中密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成Fe 浓度为0.3mol/L的溶液B;
[0021] 3)按Li2CO3和FeC2O4·2H2O质量之和与柠檬酸为1∶0.8的质量比向溶液B中加入分析纯的柠檬酸(C6H8O7·H2O),常温下磁力搅拌均匀得溶液C;
[0022] 4)调节溶液C的pH值至8.0得反应液D;
[0023] 5)将反应液D倒入微波水热釜中,填充比控制在67%,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,温控模式的温度控制在180℃,控压模式水热压力控制在2MPa,微波功率控制在500w,反应时间为30min,反应结束后,自然冷却至室温;
[0024] 6)打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入60℃的真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。
[0025] 将所得的球状LiFePO4微晶用日本理学D/max2000PC X-射线衍 射仪分析样品(图1),所得产物XRD图谱与LiFePO4标准图谱(40-1499)对应的很好;将该样品用日本JEOL公司生产的JSM-6390A型扫描电子显微镜(图2)进行观察,从照片可以看出所制备的LiFePO4的形貌为球状的LiFePO4晶体,大小均匀。
[0026] 实施例2:
[0027] 1)首先,向蒸馏水中通入氮气得到溶氧量较小的蒸馏水A;
[0028] 2)分别 将分析 纯的Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O按 照Li∶PO4∶Fe =0.8∶1.5∶0.5的摩尔比加入蒸馏水A中密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成
2+
Fe 浓度为0.05mol/L的溶液B;
[0029] 3)按Li2CO3和FeC2O4·2H2O质量之和与柠檬酸为1∶0.5的质量比向溶液B中加入分析纯的柠檬酸(C6H8O7·H2O),常温下磁力搅拌均匀得溶液C;
[0030] 4)调节溶液C的pH值至3.0得反应液D;
[0031] 5)将反应液D倒入微波水热釜中,填充比控制在67%,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,温控模式的温度控制在140℃,控压模式水热压力控制在0.5MPa,微波功率控制在800w,反应时间为120min,反应结束后,自然冷却至室温;
[0032] 6)打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入90℃的真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。
[0033] 实施例3:
[0034] 1)首先,向蒸馏水中通入氮气得到溶氧量较小的蒸馏水A;
[0035] 2)分别将分析纯的Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O按照Li∶PO4∶Fe=5∶4∶3的2+
摩尔比加入蒸馏水A中密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成Fe 浓度为0.1mol/L的溶液B;
[0036] 3)按Li2CO3和FeC2O4·2H2O质量之和与柠檬酸为1∶1的质量比向溶液B中加入分析纯的柠檬酸(C6H8O7·H2O),常温下磁力搅拌均匀得溶液C;
[0037] 4)调节溶液C的pH值至6.0得反应液D;
[0038] 5)将反应液D倒入微波水热釜中,填充比控制在67%,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,温控模式的温度控制在200℃,控压模式水热压力控制在3.0MPa,微波功率控制在1000w,反应时间为90min,反应结束后,自然冷却至室温;
[0039] 6)打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入70℃的真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。
[0040] 实施例4:
[0041] 1)首先,向蒸馏水中通入氮气得到溶氧量较小的蒸馏水A;
[0042] 2)分别将分析纯的Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O按照Li∶PO4∶Fe=1∶2∶2的2+
摩尔比加入蒸馏水A中密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成Fe 浓度为0.4mol/L的溶液B;
[0043] 3)按Li2CO3和FeC2O4·2H2O质量之和与柠檬酸为1∶3的质量比向溶液B中加入分析纯的柠檬酸(C6H8O7·H2O),常温下磁力搅拌均匀得溶液C;
[0044] 4)调节溶液C的pH值至9.0得反应液D;
[0045] 5)将反应液D倒入微波水热釜中,填充比控制在67%,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,温控模式的温度控制在220℃,控压模式水热压力控制在4.0MPa,微波功率控制在600w,反应时间为10min,反应结束后,自然冷却至室温;
[0046] 6)打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入100℃的真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。
[0047] 实施例5:
[0048] 1)首先,向蒸馏水中通入氮气得到溶氧量较小的蒸馏水A;
[0049] 2)分别将分析纯的Li2CO3、NH4H2PO4、FeC2O4·2H2O按照Li∶PO4∶Fe=4∶6∶2.52+
的摩尔比加入蒸馏水A中密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成Fe 浓度为
0.5mol/L的溶液B;
[0050] 3)按Li2CO3和FeC2O4·2H2O质量之和与柠檬酸为1∶5的质量比向溶液B中加入分析纯的柠檬酸(C6H8O7·H2O),常温下磁力搅拌均匀得溶液C;
[0051] 4)调节溶液C的pH值至12.0得反应液D;
[0052] 5)将反应液D倒入微波水热釜中,填充比控制在67%,密封微波水热釜,将其放入温压双控微波水热反应仪中反应,选择控温模式或控压模式进行反应,温控模式的温度控制在160℃,控压模式水热压力控制在1.0MPa,微波功率控制在900w,反应时间为60min,反应结束后,自然冷却至室温;
[0053] 6)打开水热釜,将所得反应液离心分离后分别用去离子水和无水乙醇清洗后,放入80℃的真空干燥箱内干燥得球状LiFePO4微晶。
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