磷酸铁锂及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种磷酸铁锂制备方法，包括：将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，再加入适量的有机碳源，配制成磷酸铁锂前驱体浆液；将预制备的具有指定孔径分布的AAO模板放于密闭容器中，通过真空抽滤机将AAO模板中的空气抽出，然后在负压作用下，将所述磷酸铁锂前驱体浆液注入AAO模板的孔洞中，并真空烘干；将负载有磷酸铁锂前驱体的AAO模板在一定气氛下烧结，并以NaOH溶液除去AAO模板，制得纳米线阵列形貌的磷酸铁锂。本发明专利技术的磷酸铁锂具备纳米线阵列形貌，缩短了锂离子的嵌入和脱出的曲折程度和距离，实现高倍率充放电。

Lithium iron phosphate and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method of lithium iron phosphate, including: a certain mass ratio of iron source, lithium source and phosphorus source in sequence were added to the dispersion medium mixing evenly, then add the right amount of organic carbon source, preparation of lithium iron phosphate precursor slurry will be pre prepared; with the specified pore size distribution of the AAO template placed in the closed container, by vacuum filtration machine will extract AAO template in the air, and then under negative pressure, the lithium iron phosphate precursor slurry into the pores of AAO template, and vacuum drying; will be loaded with lithium iron phosphate precursor template in AAO sintering a certain atmosphere, and the NaOH solution to remove the template of AAO, lithium iron phosphate system have the morphology of nanowire arrays. The lithium iron phosphate of the invention has the appearance of nanowire array, shortens the zigzag degree and distance of the intercalation and the extraction of the lithium ion, and realizes the high rate charge discharge.

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂及其制备方法
本专利技术涉及到新能源领域，特别是涉及到磷酸铁锂及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料，其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。而且磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。磷酸铁锂磷酸铁锂导电性差、堆积密度低的缺点阻碍了材料的实际应用。目前，改善磷酸铁锂电导率差和锂离子扩散速率差的问题主要有三种途径：1)通过导电碳包覆提高电导率；2)通过参杂过渡金属；3)通过细化晶粒来提高锂离子的比表面积。采用包覆导电碳或减小粒径的方式会进一步降低磷酸铁锂的振实密度，使得体积能量密度降低；采用掺杂其他过渡金属的方式会增加副反应且工序复杂，增加了成本。因此，现有技术还有待改进。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种磷酸铁锂及其制备方法，旨在解决磷酸铁锂电导率差和锂离子扩散速率差的问题。本专利技术提出一种磷酸铁锂制备方法，包括：将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，形成稳定混合体，再向所述稳定混合体中加入适量的有机碳源，搅拌分散均匀，配制成磷酸铁锂前驱体浆液；将预制备的具有指定孔径分布的AAO模板放于密闭容器中，通过真空抽滤机将AAO模板中的空气抽出，然后在负压作用下，将所述磷酸铁锂前驱体浆液溶胶注入AAO模板的孔洞中，并真空烘干；将负载有磷酸铁锂前驱体的AAO模板在一定气氛下烧结，并以NaOH溶液除去AAO模板，制得纳米线阵列形貌的磷酸铁锂。优选地，在所述将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，形成稳定混合体，再向所述稳定混合体中加入适量的有机碳源，搅拌分散均匀，配制成磷酸铁锂前驱体浆液的步骤之前，还包括步骤：对铝片进行电化学抛光，然后以具有氧化性的酸溶液进行氧化，接着以弱酸混合溶液，去除氧化生成的氧化层，制备得到AAO模板。优选地，所述电化学抛光的条件为：使用体积配比为1:4的高氯酸乙醇溶液为抛光液，电化学抛光时间为3-5min，电压范围为15-25V；所述氧化条件为：使用具有氧化性的草酸溶液进行氧化，氧化时间为6-12h，电压范围为40-60V，所述草酸溶液的浓度为0.1-5mol/L。优选地，所述AAO模板为经过5-10wt％的磷酸溶液进行了扩孔处理的AAO模板。优选地，所述扩孔处理的AAO模板孔径为80至100nm，厚度为8至12μm。优选地，所述有机碳源包括柠檬酸、丙烯酸、葡萄糖中的一种或几种。优选地，所述磷酸铁锂前驱体浆液浓度为0.05-0.2mol/L。优选地，所述气氛包括纯度大于99.99％的Ar气、N2气、Ar与N2的混合气体、Ar与H2混合气体以及N2与H2混合气体。优选地，所述负载有磷酸铁锂前驱体的AAO模板，还原气氛下烧结条件为600-700℃烧结10-15h。本专利技术还提供了一种磷酸铁锂材料，由上述的制备方法制得，所述磷酸铁锂材料具备纳米线阵列形貌，所述纳米线直径为70至80nm。本专利技术有益技术效果：本专利技术制备出的磷酸铁锂纳米线阵列，在纳米线间形成平行锂离子输送通道，将会缩短了锂离子的嵌入和脱出的曲折程度和距离，增大了与电解液接触面积，可显著提高活性材料利用率，实现高倍率充放电，能解决当前磷酸铁锂正极材料的功率密度不足的问题。且纳米线除具备纳米粒子的优势外，还包覆了导电碳，可消除粒子间的接触电阻，同时提高了电导率和离子扩散速率。附图说明图1本专利技术一实施例中磷酸铁锂制备方法流程示意图；图2本专利技术一实施例中扩孔前的AAO模板SEM图；图3本专利技术一实施例中扩孔处理的AAO模板SEM图；图4本专利技术一实施例中负载磷酸铁锂的AAO模板SEM图；图5本专利技术一实施例中磷酸铁锂纳米线阵列SEM图；图6本专利技术一实施例中LiFePO4纳米颗粒SEM图；图7本专利技术一实施例中LiFePO4纳米颗粒和纳米线阵列所对应电池的CV曲线图；图8本专利技术一实施例中LiFePO4纳米颗粒和纳米线阵列所对应电池的倍率性能图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参照图1，本专利技术实施例提出一种磷酸铁锂制备方法，包括：S1:将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，形成稳定混合体，再向所述稳定混合体中加入适量的有机碳源，搅拌分散均匀，配制成磷酸铁锂前驱体浆液；S2：将预制备的具有指定孔径分布的AAO模板放于密闭容器中，通过真空抽滤机将AAO模板中的空气抽出，然后在负压作用下，将所述磷酸铁锂前驱体浆液注入AAO模板的孔洞中，并真空烘干；S3：将负载有磷酸铁锂前驱体的AAO模板在一定气氛下烧结，并以NaOH溶液除去AAO模板，制得纳米线阵列形貌的磷酸铁锂。进一步地，在上述将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，形成稳定混合体，再向所述稳定混合体中加入适量的有机碳源，搅拌分散均匀，配制成磷酸铁锂前驱体浆液的步骤S1之前，还包括步骤S10：对铝片进行电化学抛光，然后以具有氧化性的酸溶液进行氧化，接着以弱酸混合溶液，去除氧化生成的氧化层，制备得到AAO模板，为优化所述预制备的AAO模板孔径分布状况，可重复上述氧化、去氧化步骤数次。本专利技术实施例在材料结构方面进行改善，通过制备磷酸铁锂纳米线阵列进行性能改进。纳米线阵列的三维结构磷酸铁锂材料，有效改善了现有磷酸铁锂电导率低、锂离子扩散速率低以及对应的大功率充放电性能差的弊端。与其他零维、一维纳米材料相比，高定向的同轴纳米线阵列具有较高的比表面积和锂离子扩散的有效界面，有利于缩短锂离子在电极中的扩散距离，增加与电解液的浸润性，提高磷酸铁锂的电导率，提高功率性能；同时本专利技术实施例在纳米线表面包覆的碳层，在提高材料导电率的同时缩短锂离子在电极中的扩散具体，增加与电解液的浸润性，有利于进一步提高磷酸铁锂材料的电导率，改善其电化学性能。进一步地，上述电化学抛光的条件为：使用体积配比为1:4的高氯酸乙醇溶液为抛光液，电化学抛光时间为3-5min，电压范围为15-25V；所述氧化条件为：使用具有氧化性的草酸溶液进行氧化，氧化时间为6-12h，电压范围为40-60V，所述草酸溶液的浓度为0.1-5mol/L。电化学抛光是一种特殊条件下的化学腐蚀，通过选择合适的抛光液、合适的抛光条件，使金属表面逐渐达到整平和光亮。相比于机械抛光，电化学抛光后的微观表面更平滑，操作简单，且不受工件尺寸和形状的限制。本专利技术实施例中所述氧化电解液可为硫酸、磷酸等具有氧化性的酸溶液，但是由于草酸是弱酸，氧化性适中，做出的AAO模板(AnodicAluminumOxideTemplate，简称AAO模板)排列比较规整；同时，相比于使用其他酸做AAO模板时，所需电压条件苛刻(一般需达到160V以上)，而且做出的AAO模板规整性通常较差，空洞直径参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁锂制备方法，其特征在于，包括：将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，形成稳定混合体，再向所述稳定混合体中加入适量的有机碳源，搅拌分散均匀，配制成磷酸铁锂前驱体浆液；将预制备的具有指定孔径分布的AAO模板放于密闭容器中，通过真空抽滤机将AAO模板中的空气抽出，然后在负压作用下，将所述磷酸铁锂前驱体浆液注入AAO模板的孔洞中，并真空烘干；将烘干后的负载有磷酸铁锂前驱体的所述AAO模板在一定气氛下烧结，并以NaOH溶液除去AAO模板，制得纳米线阵列形貌的磷酸铁锂。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂制备方法，其特征在于，包括：将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，形成稳定混合体，再向所述稳定混合体中加入适量的有机碳源，搅拌分散均匀，配制成磷酸铁锂前驱体浆液；将预制备的具有指定孔径分布的AAO模板放于密闭容器中，通过真空抽滤机将AAO模板中的空气抽出，然后在负压作用下，将所述磷酸铁锂前驱体浆液注入AAO模板的孔洞中，并真空烘干；将烘干后的负载有磷酸铁锂前驱体的所述AAO模板在一定气氛下烧结，并以NaOH溶液除去AAO模板，制得纳米线阵列形貌的磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂制备方法，其特征在于，在所述将一定物质的量比例的铁源、锂源和磷源按照一定次序分别加入到分散介质中搅拌均匀，形成稳定混合体，再向所述稳定混合体中加入适量的有机碳源，搅拌分散均匀，配制成磷酸铁锂前驱体浆液的步骤之前，还包括步骤：对铝片进行电化学抛光，然后以具有氧化性的酸溶液进行氧化，接着以弱酸混合溶液，去除氧化生成的氧化层，制备得到所述AAO模板。3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂制备方法，其特征在于，所述电化学抛光的条件为：使用体积配比为1:4的高氯酸乙醇溶液为抛光液，电化学抛光时间为3-5min，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓萍，吴声本，马斌，张耀，王明旺，梁锐，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44