磷酸铁锂二次结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂二次结构的制备方法，包括以下步骤：分别提供+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液，所述+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液分别为+2价铁源化合物、锂源化合物及磷源化合物在有机溶剂中溶解得到；将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液，所述+2价铁源化合物与所述磷源化合物中的+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.5～4.5)；以及将所述混合溶液在溶剂热反应釜中加热进行溶剂热反应。本发明专利技术还公开了一种所述磷酸铁锂二次结构。

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂二次结构及其制备方法
本专利技术涉及电化学电池材料领域，特别是涉及磷酸铁锂二次结构及其制备方法。
技术介绍
具有橄榄石结构的磷酸铁锂是一种目前主要用于二次锂电池的正极活性材料，其具有原材料价格低廉，储藏丰富，对环境无污染，化学性质稳定，安全性能非常好，储锂容量较高，循环性能好，电压较高等优点。目前研究最为集中的是磷酸铁锂(LiFePO4)，其被视为未来动力电源应用的理想候选。然而磷酸铁锂的不足之处是它的导电性较差且锂离子扩散速度慢。现有的用于提高磷酸铁锂导电性的方法主要是通过碳材料包覆磷酸铁锂及采用金属离子对磷酸铁锂进行掺杂。在提高锂离子扩散速度方面，人们尝试将磷酸铁锂纳米化，以缩短锂离子的扩散通道。现有的制备纳米级磷酸铁锂的方法主要是采用水热或溶剂热的方法，在不同的反应条件下制备出纳米球、纳米片或纳米线等各种形状的磷酸铁锂纳米颗粒。然而，传统的纳米级磷酸铁锂在直接使用时有其自身的缺点和问题，例如纳米级磷酸铁锂的堆积密度较低，且在制作电极片时需要使用较多的导电剂和粘结剂，使电池的容量体积比受到限制。另外，采用纳米级磷酸铁锂颗粒由于表面积较大，在制备电极浆料和电极片的涂膜时也存在困难，不易形成较为均匀的电极片。纳米片之间片与片的无序结构会造成电池一致性差、批次性差等问题。虽然现有技术中也有将该纳米级磷酸铁锂颗粒作为一次颗粒，采用喷雾干燥等二次造型方法，制备出由大量磷酸铁锂一次颗粒组成的二次球形颗粒，然而这种方法制备的二次颗粒在形貌和尺寸方面较难得到控制，最终导致颗粒不均匀，批次性差，进而引起电池加工难度大，电池性能差等问题。况且目前喷雾造粒工艺中二次颗粒粒径只能控制在20微米以上，存在颗粒粒径较大，空心率较高等问题，因此只能通过粉碎成2～8微米左右的无定型颗粒才能使用，该工艺虽然一定程度上降低了电池加工难度，但是材料一致性差，最终导致电池一致性差，安全性低等问题。一次颗粒组成的二次球形颗粒的成球控制具有灵活多变的特点，现有的磷酸铁锂的成球方法还处于探索阶段，合成工艺还不成熟，无法寻找到能够准确控制合成规整的形貌的规律性方法。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种工艺简单、易于控制、产物形貌规整的磷酸铁锂二次结构及其制备方法。一种磷酸铁锂二次结构的制备方法，包括以下步骤：分别提供+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液，所述+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液分别为+2价铁源化合物、锂源化合物及磷源化合物在有机溶剂中溶解得到；将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液，所述+2价铁源化合物与所述磷源化合物中的+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.5～4.5)；以及将所述混合溶液在溶剂热反应釜中加热进行溶剂热反应。在其中一个实施例中，所述+2价铁源化合物与所述磷源化合物中的+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.75～3.5)。在其中一个实施例中，所述+2价铁源化合物与所述锂源化合物中的+2价铁元素：锂的摩尔比为1：(1～4)。在其中一个实施例中，所述+2价铁源化合物与所述锂源化合物中的+2价铁元素：锂的摩尔比为1：(2.5～3.5)。在其中一个实施例中，所述将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液的步骤包括：将所述锂源溶液与所述磷源溶液先进行混合形成第一溶液，再将所述+2价铁源溶液与所述第一溶液混合，形成所述混合溶液。在其中一个实施例中，所述将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液的步骤包括：将所述+2价铁源溶液与所述磷源溶液先进行混合形成第二溶液，再将所述锂源溶液与所述第二溶液混合，形成所述混合溶液。在其中一个实施例中，所述锂源溶液中锂离子的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。在其中一个实施例中，所述+2价铁源溶液中+2价铁离子的浓度为0.2mol/L～0.8mol/L。在其中一个实施例中，所述有机溶剂为二元醇及多元醇中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述有机溶剂为乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇及丁三醇中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述混合溶液中的水与所述有机溶剂的比例小于或等于1:10。在其中一个实施例中，所述溶剂热反应的温度为150℃至250℃。在其中一个实施例中，还包括将含掺杂元素的化合物与所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成所述混合溶液的步骤，所述掺杂元素包括碱金属元素、碱土金属元素、第13族元素、第14族元素及稀土元素中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述锂源化合物包括氢氧化锂、氯氧化锂、硫酸锂、硝酸锂、磷酸二氢锂及醋酸锂中的一种或多种，所述+2价铁源化合物包括硫酸亚铁、醋酸亚铁、氯化亚铁、乙酸亚铁及硝酸亚铁中的一种或多种，所述磷源化合物包括磷酸、磷酸二氢锂、磷酸铵、磷酸氢二铵及磷酸二氢铵中的一种或多种。在其中一个实施例中，还包括将所述溶剂热反应后的产物在保护性气体中进行烧结的步骤，烧结温度为400℃至800℃，烧结时间为2小时至12小时。在其中一个实施例中，还包括将碳源溶液与所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成所述混合溶液的步骤。一种所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法制备的磷酸铁锂二次结构，所述磷酸铁锂二次结构整体为球体结构，并包括多个堆叠的磷酸铁锂纳米片，所述多个磷酸铁锂纳米片共同形成所述球体结构。在其中一个实施例中，所述球体结构的尺寸为4μm～40μm，比表面积为1m2/g至15m2/g，振实密度为1g/cm3至1.8g/cm3。本专利技术将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液，对所述混合溶液进行溶剂热反应得到所述磷酸铁锂二次结构。本专利技术的二次结构制备方法的制备工艺简单，无需加入表面活性剂等辅助试剂即可得到球体形状的磷酸铁锂二次结构。专利技术人通过大量研究发现磷源的用量对二次结构成球规律有较大影响，通过控制+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.5～4.5)，即控制所述磷源为较高比例，形成球体状的磷酸铁锂二次结构。附图说明图1A-1C为本专利技术实施例1的磷酸铁锂二次结构不同放大倍率的扫描电镜照片；图2为本专利技术实施例1的磷酸铁锂二次结构在不同电流倍率下的充放电曲线对比图；图3A-3B为本专利技术实施例2的磷酸铁锂二次结构不同放大倍率的扫描电镜照片；图4A-4B为本专利技术对比例1的磷酸铁锂产物的不同放大倍率扫描电镜照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术的磷酸铁锂二次结构及其制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种磷酸铁锂二次结构的制备方法，包括以下步骤：S10，分别提供+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液，所述+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液分别为+2价铁源化合物、锂源化合物及磷源化合物在有机溶剂中溶解得到；S20，将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液，所述+2价铁源化合物与所述磷源化合物中的+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.5～4.5)；以及S30，将所述混合溶液在溶剂热反应釜中加热进行溶剂热反应。本专利技术实施例将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液，对所述混合溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂二次结构的制备方法，包括以下步骤：分别提供+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液，所述+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液分别为+2价铁源化合物、锂源化合物及磷源化合物在有机溶剂中溶解得到；将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液，所述+2价铁源化合物与所述磷源化合物中的+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.5～4.5)；以及将所述混合溶液在溶剂热反应釜中加热进行溶剂热反应。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂二次结构的制备方法，包括以下步骤：分别提供+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液，所述+2价铁源溶液、锂源溶液及磷源溶液分别为+2价铁源化合物、锂源化合物及磷源化合物在有机溶剂中溶解得到；将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液，所述+2价铁源化合物与所述磷源化合物中的+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.5～4.5)；以及将所述混合溶液在溶剂热反应釜中加热进行溶剂热反应。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述+2价铁源化合物与所述磷源化合物中的+2价铁元素：磷的摩尔比为1：(2.75～3.5)。3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述+2价铁源化合物与所述锂源化合物中的+2价铁元素：锂的摩尔比为1：(1～4)。4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述+2价铁源化合物与所述锂源化合物中的+2价铁元素：锂的摩尔比为1：(2.5～3.5)。5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液的步骤包括：将所述锂源溶液与所述磷源溶液先进行混合形成第一溶液，再将所述+2价铁源溶液与所述第一溶液混合，形成所述混合溶液。6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述将所述+2价铁源溶液、所述锂源溶液及所述磷源溶液混合形成混合溶液的步骤包括：将所述+2价铁源溶液与所述磷源溶液先进行混合形成第二溶液，再将所述锂源溶液与所述第二溶液混合，形成所述混合溶液。7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述锂源溶液中锂离子的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。8.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述+2价铁源溶液中+2价铁离子的浓度为0.2mol/L～0.8mol/L。9.根据权利要求1所述的磷酸铁锂二次结构的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少军，刘小明，段婉璐，
申请(专利权)人：江苏合志新能源材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32