球形磷酸铁锂前驱体、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了球形磷酸铁锂前驱体、其制备方法及应用，涉及电池技术领域。球形磷酸铁锂前驱体的制备方法包括：将锂源、磷源和铁源混合溶解后反应得到磷酸铁锂溶液；将磷酸铁锂溶液与表面活性剂混合，在90

【技术实现步骤摘要】
球形磷酸铁锂前驱体、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及球形磷酸铁锂前驱体、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]正极材料是锂离子电池的重要组成部分，目前研究较多的正极材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4等。磷酸铁锂具有较好的高温性能和循环性能，集中了各类型正极材料的优点；由于不含贵重金属，原料易得，制备成本较低，是一种绿色无毒的材料。
[0003]现有磷酸铁锂前驱体一般是将锂源、磷源、铁源及碳源通过混料机混合成前驱体，混料设备要求高，且得到的前驱体形貌较差或形状不一，会导致锂电池正极材料电化学性能不佳。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种球形磷酸铁锂前驱体及其制备方法，旨在制备粒径更小，球形度更高的磷酸铁锂前驱体。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料及锂离子电池，旨在提升材料的致密性和均匀性，有利于电化学性能的提升。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种球形磷酸铁锂前驱体的制备方法，包括：
[0009]将锂源、磷源和铁源混合溶解，得到磷酸铁锂溶液；
[0010]将磷酸铁锂溶液与表面活性剂混合，在90
‑
110℃的条件下蒸发得到固体磷酸铁锂前驱体。
[0011]在可选的实施方式中，将磷酸铁锂溶液和表面活性剂混合溶解后，再与碳源混合得到前驱体溶液，将前驱体溶液在90
‑
110℃的条件下蒸发得到固体磷酸铁锂前驱体；
[0012]其中，表面活性剂选自十六烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、乙二醇和聚乙二醇中的至少一种；
[0013]优选地，表面活性剂为十六烷基苯磺酸钠/乙二醇。
[0014]在可选的实施方式中，表面活性剂的用量与磷酸铁锂溶液的质量比为1:(50
‑
200)；优选为1:(60
‑
160)。
[0015]在可选的实施方式中，碳源选自选自葡萄糖、果糖、蔗糖、柠檬酸、乙二醇、PEG、PVA、CTAB、异丙醇、丙烯、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈及其衍生物、石墨和碳纳米管中的一种或多种，碳源的用量与磷酸铁锂溶液的质量比为1:(3
‑
10)。
[0016]在可选的实施方式中，在蒸发的过程中，控制蒸发时间为1
‑
7h；
[0017]和/或，所述球形磷酸铁锂前驱体的球形尺寸为50～110nm；
[0018]和/或，所述球形磷酸铁锂前驱体的球形度大于0.85。
[0019]在可选的实施方式中，磷酸铁锂溶液的制备过程包括：将锂源、磷源和铁源按照摩尔比为Li：Fe：P＝(0.95
‑
1.03)：(0.95
‑
1.03)：(0.95
‑
1.03)混合溶解，然后在50
‑
70℃的条件下反应0.5
‑
2h；
[0020]优选地，锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和磷酸锂中的至少一种；
[0021]优选地，磷源选自磷酸铵、磷酸二铵、磷酸氢氨、磷酸锂、磷酸和磷酸铁中的至少一种；
[0022]优选地，铁源选自氧化铁、九水合硝酸铁、磷酸铁、氢氧化铁和磷酸铁中的至少一种；
[0023]优选地，将锂源、磷源和铁源溶解时所采用的溶剂为水和硝酸，所硝酸的质量分数为30％
‑
68％，优选为55％
‑
65％，水和硝酸的体积比为(0.3
‑
0.6)：1，溶剂的总用量与三种原料的总质量之比为1：(1.6
‑
6)。
[0024]在可选的实施方式中，还包括：将固体磷酸铁锂前驱体进行粉碎，之后利用100
‑
200目的筛网进行筛分；
[0025]和/或，将固体磷酸铁锂前驱体进行烧结处理，制得磷酸锰铁锂正极材料。
[0026]第二方面，本专利技术还提供一种球形磷酸铁锂前驱体，通过上述实施方式中的制备方法制备而得。
[0027]第三方面，本专利技术还提供一种磷酸铁锂正极材料，通过上述实施方式中的球形磷酸铁锂前驱体制备而得。
[0028]第四方面，本专利技术还提供一种锂离子电池，其通过上述实施方式中的磷酸铁锂正极材料制备而得。
[0029]本专利技术具有以下有益效果：通过采用表面活性剂在溶剂中自组装形成球形溶胶，球形溶胶在干燥的过程中不断失水，前驱体进入球形溶胶中，最终得到球状前驱体预烧物。通过在液相中合成磷酸铁锂，利用表面活性剂的自组装作用，使前驱体形貌呈球形，球形尺寸在50～110nm，球形度大于0.85，颗粒小且致密，有利于电化学性能的释放。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0031]图1为自组装形成球形颗粒的原理示意图；
[0032]图2为实施例2中得到的前驱体的扫描电镜图；
[0033]图3为球形度测试的示意图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0035]本专利技术实施例提供一种球形磷酸铁锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0036]S1、制备磷酸铁锂溶液
[0037]将锂源、磷源和铁源混合溶解后反应得到磷酸铁锂溶液，备用。
[0038]在实际操作过程中，磷酸铁锂溶液的制备过程包括：将锂源、磷源和铁源按照摩尔比为Li：Fe：P＝(0.95
‑
1.03)：(0.95
‑
1.03)：(0.95
‑
1.03)混合溶解，然后在50
‑
70℃的条件下反应0.5
‑
2h。锂源、磷源和铁源的用量是控制元素摩尔比大致为1:1:1左右，在50
‑
70℃的条件下反应即可生成磷酸铁锂。
[0039]具体地，锂、铁、磷的摩尔比可以为0.95:1.00:0.95、1.00:1.03:1.00、1.03:1.03:1.03等，反应温度可以为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃等，反应时间可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h等。
[0040]在一些实施例中，锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和磷酸锂中的至少一种，可以为以上几种，但不限于这几种原料。磷源选自磷酸铵、磷酸二铵、磷酸氢氨、磷酸锂、磷酸和磷酸铁中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形磷酸铁锂前驱体的制备方法，其特征在于，包括：将锂源、磷源和铁源混合溶解，得到磷酸铁锂溶液；将磷酸铁锂溶液与表面活性剂混合，在90
‑
110℃的条件下蒸发得到固体磷酸铁锂前驱体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述磷酸铁锂溶液和所述表面活性剂混合溶解后，再与碳源混合得到前驱体溶液，将所述前驱体溶液在90
‑
110℃的条件下蒸发得到固体磷酸铁锂前驱体；所述表面活性剂选自十六烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、乙二醇和聚乙二醇中的至少一种；优选地，表面活性剂为十六烷基苯磺酸钠和/或乙二醇。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的用量与所述磷酸铁锂溶液的质量比为1:(50
‑
200)；优选为1:(60
‑
160)。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳源的用量与所述磷酸铁锂溶液的质量比为1:(3
‑
10)；和/或，所述碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖、柠檬酸、乙二醇、PEG、PVA、CTAB、异丙醇、丙烯、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈及其衍生物、石墨和碳纳米管中的一种或多种。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在蒸发的过程中，控制蒸发时间为1
‑
7h；和/或，所述球形磷酸铁锂前驱体的球形尺寸为50～110nm；和/或，所述球形磷酸铁锂前驱体的球形度大于0.85。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述锂源、所述磷源和所述铁源混合溶解后反应得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌协，李意能，徐荣益，刘其峰，黄良有，方帅，
申请(专利权)人：曲靖市德方纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：