CN108682814B - 一种片状磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种片状磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法。具体步骤如下：(1)将FeSO4·7H2O、LiOH·H2O、CTAB和H3PO4分散于去离子水中，超声充分混合；(2)加入N,N‑二甲基甲酰胺，继续进行超声溶解，得到混合溶液；(3)将溶液置于高压反应釜中进行水热反应，反应后过滤和洗涤；(4)将洗涤后的产品放于真空干燥箱中进行真空干燥；(5)将干燥后的样品高温焙烧处理得到片状磷酸铁锂/碳复合材料。本发明的制备方法简单，操作方便，原料廉价易得，得到的片状磷酸铁锂/碳复合材料尺寸均匀。

Description

一种片状磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法
技术领域
本发明具体涉及电极材料技术领域，特别是涉及一种片状磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法。
背景技术
在这个科技高速发展和信息全球化的21世纪，随着移动通信技术的日益发展，以及电动汽车、电动自行车对大容量锂离子电池的迫切需求，对锂离子电池的快速充放电能力提出了更高的要求。但锂离子电池在实际生活中还没有完全普及，限制其进一步应用的当属锂离子电池的电极材料性能。现有的大部分锂离子电池在快速充放电的时候，其容量都会有不同程度减小。影响充放电速度的主要因素是锂离子在电极材料内部的扩散速率。纳米材料具有比表面积大、表面活性高、离子扩散路径短、蠕动性强和可塑性高等特点，将其应用于锂离子电池电极材料将会显着提高材料的脱/嵌锂容量和延长电极的循环使用寿命及改善电极材料与电解质溶液的浸润性，与体相材料相比具有明显的优势。目前，关于这方面的研究十分活跃。许多金属氧化物和磷酸盐材料被用作电池材料进行了广泛的研究，如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiFePO4、VO2等都是研究较多的正极材料。
磷酸铁锂被广泛应用于研究，是目前应用最普遍，应用面非常广泛的一种电极材料。磷酸铁锂以其高理论容量、稳定放点平台、高循环性能、环境友好无毒性等特点已成为锂离子电池的新型正极材料，但磷酸铁锂电子/离子传导率低的缺点极大的限制了其高倍率下的电化学性能。通过碳与电极材料的复合或包裹，能够有效提高离子和电子的传导性，减小了电极阻抗，增加了电极材料导电性和结构的稳定性，减少了电解质与电极材料的直接接触而造成电极材料溶解现象，并且有助于电解质在碳表面形成较为稳定的固体电解质界面膜(SEI)，这些都有助于提高电极的可逆充放电容量、循环寿命及库伦系数等性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种简单可行的片状磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法。本发明制备得到的磷酸铁锂/碳复合材料呈片状、其截面主要呈正方形状。
本发明的技术方案是这样实现的。
本发明提供一种片状磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将FeSO4·7H2O、LiOH·H2O、CTAB和H3PO4分散于去离子水中，超声充分混合；
(2)加入N,N-二甲基甲酰胺，继续进行超声溶解，得到混合溶液；
(3)将溶液置于高压反应釜中进行水热反应，反应结束后，依次过滤、洗涤和干燥；
(4)将干燥后的样品进行焙烧处理，得到片状磷酸铁锂/碳复合材料。
本发明中，FeSO4·7H2O、LiOH·H2O和H3PO4的投料比为1：(1～3)：(1～3)；FeSO4·7H2O和CTAB的投料比为30:1～5:1mmol/g；CTAB和去离子水、N,N-二甲基甲酰胺的投料比为(0.1～0.3)g:(5～20)ml：(5～20)ml。
本发明中，步骤(3)中，水热反应温度为120～300℃，反应时间为12～24h。
本发明中，步骤(3)中，干燥温度为60～120℃，干燥时间为12～24h。
本发明中，步骤(4)中，焙烧温度为400～1000℃，焙烧时间为2～8h。
本发明中，得到片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料呈片状，尺寸均匀，边长在15-30μm之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所制备的片状磷酸铁锂/多孔碳纳复合材料尺寸较为均一，操作简单方便，经济实用性强，原料较为廉价易得，生产成本低，具有广阔的应用前景和市场潜力。
附图说明
图1是实施例1制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的SEM图。
图2是实施例2制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的SEM图。
图3是实施例3制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的TEM图。
图4是实施例4制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的TEM图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述实施例。
实施例1
一种片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将2mmolFeSO4·7H2O、4mmolLiOH·H2O、0.2gCTAB和2mmolH3PO4分散于8ml去离子水中，超声充分混合；
(2)加入10mlN,N-二甲基甲酰胺，继续进行超声溶解，得到混合溶液；
(3)将溶液置于30ml高压反应釜中在180℃下进行水热反应24h，反应后过滤和洗涤；
(4)将洗涤后的产品放于真空干燥箱中在90℃下进行真空干燥24h；
(5)最后将干燥好的样品转移至管式炉，在600℃下高温煅烧2小时，得到磷酸铁锂/多孔碳复合材料。图1是实施例1制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的SEM图。从扫描电镜图中能够看出材料成均匀的片状结构，边长约为20～25μm。
实施例2
一种片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将2mmolFeSO4·7H2O、2mmolLiOH·H2O、0.2gCTAB和2mmolH3PO4分散于10ml去离子水中，超声充分混合；
(2)加入10mlN,N-二甲基甲酰胺，继续进行超声溶解，得到混合溶液；
(3)将溶液置于30ml高压反应釜中在160℃下进行水热反应12h，反应后过滤和洗涤；
(4)将洗涤后的产品放于真空干燥箱中在90℃下进行真空干燥24h；
(5)最后将干燥好的样品转移至管式炉，在600℃高温煅烧2小时，得到磷酸铁锂/多孔碳复合材料。图2是实施例2制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的SEM图。从扫描电镜图中能够看出材料成均匀的片状结构，边长约为25～30μm。
实施例3
一种片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将2mmolFeSO4·7H2O、4mmolLiOH·H2O、0.2gCTAB和4mmolH3PO4分散于10ml去离子水中，超声充分混合；
(2)加入8mlN,N-二甲基甲酰胺，继续进行超声溶解，得到混合溶液；
(3)将溶液置于30ml高压反应釜中在120℃下进行水热反应12h，反应后过滤和洗涤；
(4)将洗涤后的产品放于真空干燥箱中在60℃下进行真空干燥24h；
(5)最后将干燥好的样品转移至管式炉，在500℃下高温煅烧2小时，得到磷酸铁锂/多孔碳复合材料。图3是实施例3制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的TEM图。从透射电镜图中能够看出材料成均匀的片状结构，边长约为20～30μm。
实施例4
一种片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将2mmolFeSO4·7H2O、4mmolLiOH·H2O、0.2gCTAB和4mmolH3PO4分散于12ml去离子水中，超声充分混合；
(2)加入12mlN,N-二甲基甲酰胺，继续进行超声溶解，得到混合溶液；
(3)将溶液置于30ml高压反应釜中在180℃下进行水热反应24h，反应后过滤和洗涤；
(4)将洗涤后的产品放于真空干燥箱中在90℃下进行真空干燥24h；
(5)最后将干燥好的样品转移至管式炉，在600℃下高温煅烧4小时，得到磷酸铁锂/多孔碳复合材料。图4是实施例4制备的片状磷酸铁锂/多孔碳复合材料的TEM图。从透射电镜图中能够看出材料成均匀的片状结构，边长约为15～25μm。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种片状磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将FeSO4·7H2O、LiOH·H2O、CTAB和H3PO4分散于去离子水中，超声充分混合；
(2)加入N,N-二甲基甲酰胺，继续进行超声溶解，得到混合溶液；
(3)将溶液置于高压反应釜中进行水热反应，反应结束后，依次过滤、洗涤和干燥；
(4)将干燥后的样品进行焙烧处理，得到片状磷酸铁锂/碳复合材料；
FeSO4·7H2O、LiOH·H2O和H3PO4的摩尔比为1：(1～3)：(1～3)；FeSO4·7H2O和CTAB的投料比为30:1～5:1mmol/g；CTAB和去离子水、N,N-二甲基甲酰胺的投料比为(0.1～0.3)g:(5～20)ml：(5～20)ml；
步骤(3)中，水热反应温度为120～300℃，反应时间为12～24h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，干燥温度为60～120℃，干燥时间为12～24h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，焙烧温度为400～1000℃，焙烧时间为2～8h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，得到片状磷酸铁锂/碳复合材料呈片状，尺寸均匀，边长在15-30μm之间。
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