一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。所述磷酸铁锂晶体呈米粒状，其中磷酸铁锂晶体的C轴方向，即[010]晶向，位于所述米粒状结构的短轴方向。所述制备方法以丙三醇和水作为混合溶剂，采用水/溶剂热法进行制备。本发明专利技术基于丙三醇/水混合溶剂液相法的工艺设计合成磷酸铁锂，实现了磷酸铁锂晶体生长方向的控制。本方法步骤简单，操作容易，得到的磷酸铁锂材料电化学性能优异，在锂电池正极材料的生产领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体涉及一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料及其制备方法。技术背景具有橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFePO4），可以作为锂离子电池正极材料。由于其原料丰富、价格低廉且绿色环保，LiFePO4一经发现就成为全球研究的热点。目前技术所得的LiFePO4导电性差，离子迁移速率小，造成LiFePO4作为正极材料的电池在大电流快速充放电时容量衰减严重，倍率性能较差，限制了其实用性。常用的LiFePO4制备方法有固相烧结法、水热及溶剂热法、微波加热法、碳热还原法、溶胶-凝胶法以及共沉淀法。固相烧结制取磷酸铁锂的方法比较耗时、耗能，并且易导致产品物相不均，杂质较多，材料的电化学性能不佳。水热及溶剂热法便于LiFePO4的掺杂改性，能耗较低，产物纯度高，是极具应用前景的LiFePO4制备方法。现有的文献报道中，研究人员多采用掺杂、碳包覆等方法来改善磷酸铁锂的性能。如专利CN103943864A使用石墨烯来改善磷酸铁锂的电化学性能，专利CN103730657A则使用碳包覆磷酸铁锂来改善磷酸铁锂材料的性能。这些改性虽然都能提高磷酸铁锂材料的电化学性能，但是都未能从磷酸铁锂本身出发来改善其性能。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料。本专利技术通过以下技术方案来实现：一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料，所述磷酸铁锂晶体呈米粒状，其中磷酸铁锂晶体的C轴方向，即[010]晶向，位于所述米粒状结构的短轴方向。该磷酸铁锂材料中由于缩短了Li+在材料中迁移的路径，增大Li+的迁移速率而具有更优良的电化学性能。作为可选方式，所述米粒状结构的短轴尺寸为300~500纳米。作为可选方式，所述米粒状结构的长轴尺寸为1~2微米。本专利技术还提供了一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，以丙三醇和水作为混合溶剂，采用水/溶剂热法进行制备。该方法能够控制所得磷酸铁锂晶体生长方向的合成方法，使用本专利技术中的技术方法合成的磷酸铁锂，由于缩短了Li+在材料中迁移的路径，增大Li+的迁移速率而具有更优良的电化学性能。采用丙三醇和水作为混合溶剂一方面可以控制晶体生长方，另一方面丙三醇的较高沸点使得反应可在常压下进行，降低了对设备的要求，成本低，安全性高。作为可选方式，所述制备方法包括，将铁源、磷源和锂源加入丙三醇与水的混合溶剂中搅拌混匀；在保护气氛中180-220℃反应1-3小时（优选为200℃反应2小时）；待反应物冷却后，分离(可选择离心分离方式)、洗涤、干燥即得到磷酸铁锂材料。作为可选方式，在上述制备方法中，所述铁源、磷源和锂源按化学计量比（摩尔比）1:1:3加入。作为可选方式，在上述制备方法中，所述混合溶剂中丙三醇/水的体积比为1:9-2:1。作为可选方式，在上述制备方法中，反应前调节体系PH在7.10-7.30之间。作为可选方式，在上述制备方法中，加入锂源前，先使用保护气体排出反应体系中的氧。作为可选方式，在上述制备方法中，所述铁源为七水合硫酸亚铁，所述磷源为磷酸，所述锂源为一水氢氧化锂。作为可选方式，在上述制备方法中，所述保护气氛为采用氮气或氩气进行保护。本专利技术还提供了一种所述晶体结构可控的磷酸铁锂材料在锂离子电池正极材料中的应用。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本专利技术的上述技术方案主要基于以下思路：在LiFePO4的结构中，存在两种可能的Li+扩散通道。根据第一原理的计算，LiFePO4中的Li+在晶体内仅沿c轴方向一维扩散，因此如果能够合成c轴方向厚度较小的材料，将缩短Li+在材料中迁移的路径，提高Li+的迁移速率。加入具有螯合作用的共溶剂能够使合成得材料c轴方向厚度较小。丙三醇沸点较高，适合作为高温反应的溶剂；丙三醇粘度较大，作为溶剂对晶体颗粒的生长有一定抑制作用；而且在反应中，丙三醇优先吸附在LiFePO4的{010本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料，其特征在于，所述磷酸铁锂晶体呈米粒状，其中磷酸铁锂晶体的C轴方向，即[010]晶向，位于所述米粒状结构的短轴方向。

【技术特征摘要】
1.一种晶体结构可控的磷酸铁锂材料，其特征在于，所述磷酸铁锂晶体呈米粒状，其中磷酸铁锂晶体的C轴方向，即[010]晶向，位于所述米粒状结构的短轴方向。
2.根据权利要求1所述的晶体结构可控的磷酸铁锂材料，其特征在于，所述米粒状结构的短轴尺寸为300~500纳米。
3.一种如权利要求1所述晶体结构可控的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，以丙三醇和水作为混合溶剂，采用水/溶剂热法进行制备。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将铁源、磷源和锂源加入丙三醇与水的混合溶剂中；在保护气氛中180-220℃反应1-3小时；待反应物冷却后，分离、洗涤、干燥即得到磷酸铁锂材料。
5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永志，肖丹，郭勇，王强，黄建新，王隽，李玲琛，
申请(专利权)人：德阳威旭锂电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51