一种纳米磷酸铁锂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米磷酸铁锂及其制备方法与应用，属于锂离子电池及电极材料制备技术领域。本发明专利技术工艺方法首先采用磷酸二氢铵、硫酸亚铁、苯胺制备聚苯胺改性的磷酸铁，然后进一步以所得改性磷酸铁为前驱体与聚乙烯吡咯烷酮、碳酸锂及还原剂制备聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米磷酸铁锂，最后采用单宁酸对聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米磷酸铁锂再次包覆得到一种新型纳米磷酸铁锂复合材料。本发明专利技术制得的新型纳米磷酸铁锂复合材料不仅电化学活性高且稳定性好，能够很好的缓解纳米磷酸铁锂粒子容易团聚的问题，有效提高了纳米磷酸铁锂的振实密度进而保证了锂离子电池低温环境下的使用性能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米磷酸铁锂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池及电极材料制备
，具体涉及一种纳米磷酸铁锂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂(分子式LiFePO4，简称LFP)是锂离子电池目前主要使用的正极材料之一，其具有其他材料无法相比的安全性能和循环寿命：1C充放循环寿命达2000次、单节电池过充30V不燃烧、穿刺不爆炸。自从90年代被发现后，磷酸铁锂即成为新一代锂离子电池的理想正极材料，是当前锂离子电池发展领域的前沿。
[0003]另一方面，磷酸铁锂也同样存在着导电性能差、锂离子扩散速度慢、振实密度低及低温性能较差的缺陷。针对磷酸铁锂作为正极材料存在的技术缺陷，目前现有技术主要采用有机碳源和金属离子联合掺杂、纳米化LFP晶粒、加入额外导电剂等；然而磷酸铁锂材料的固有性质作为决定其性能的关键，上述方法并不能实质有效地改变磷酸铁锂的振实密度及低温性能，这就导致磷酸铁锂作为正极材料制作的锂离子电池低温下电容量、循环寿命仍缩减显著进而严重局限了其实际应用。
[0004]有鉴于此，仍需研制一种新型磷酸铁锂复合材料以克服其振实密度低、低温放电性能差的缺陷。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中所提及磷酸铁锂在实际锂离子电池生产应用中存在的缺陷与不足，本专利技术的目的在于提供一种纳米磷酸铁锂及其制备方法与应用。本专利技术工艺方法首先采用磷酸二氢铵、硫酸亚铁、苯胺制备聚苯胺改性的磷酸铁(PAn
‑
FePO4)，本专利技术进一步以所得改性磷酸铁为前驱体与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、碳酸锂及还原剂制备聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米磷酸铁锂，最后采用单宁酸对其再次包覆得到一种新型纳米磷酸铁锂复合材料，其克服了磷酸铁锂自身性质的缺陷，能够提供稳定的化学和电化学反应界面，满足高性能锂离子电池的性能需求。
[0006]为达成上述目的，本专利技术具体是通过如下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供一种纳米磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1)：取磷酸二氢铵与苯胺溶于去离子水，持续搅拌并加入硫酸亚铁与双氧水，将反应生成物过滤、洗涤得到PAn
‑
磷酸铁；
[0009]步骤2)：将步骤1)所得PAn
‑
磷酸铁加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，高压控温，随后离心收集沉淀，沉淀经洗涤干燥后与碳酸锂、还原剂充分混合，烧结，球磨得到PVP
‑
纳米磷酸铁锂；
[0010]步骤3)：将步骤2)所得PVP
‑
纳米磷酸铁锂加至单宁酸水溶液中，超声波处理，最后离心收集沉淀，洗涤干燥后经焙烧、球磨即得。
[0011]作为优选，步骤1)所述磷酸二氢铵、苯胺、硫酸亚铁与双氧水的摩尔比为1.8:1:3.2:0.35。
[0012]作为优选，步骤1)中，去离子水的温度为40
‑
50℃；加入硫酸亚铁的同时还需加入pH调节剂控制pH值为1.5
‑
3，并升温至90
‑
120℃。
[0013]作为优选，步骤2)所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液每100毫升中含有2克聚乙烯吡咯烷酮、50毫升乙醇、50毫升去离子水；所述高压控温的处理温度为175
‑
190℃。
[0014]作为优选，步骤2)所述PAn
‑
磷酸铁与聚乙烯吡咯烷酮水溶液的固液比为1:10，g/mL；所述PAn
‑
磷酸铁与碳酸锂、还原剂的摩尔比为1:(0.7
‑
0.9):(1.5
‑
2.4)；所述还原剂为水合肼。
[0015]作为优选，步骤2)所述烧结温度为450
‑
500℃，烧结时间为2h。
[0016]作为优选，步骤3)所述PVP
‑
纳米磷酸铁锂与单宁酸水溶液的固液比为1:5，g/mL；单宁酸水溶液中单宁酸的浓度为2.5mg/mL。
[0017]作为优选，步骤3)所述超声波处理超声频率为60kHz；所述焙烧温度为650
‑
750℃、时间为30min。
[0018]针对微米级磷酸铁锂堆积空隙较大造成振实密度难以提高的问题，现有技术通过纳米化磷酸铁锂晶粒，期望以小颗粒堆积降低空隙或以小颗粒填充至大颗粒空隙中从而提高振实密度。然而实际应用中发现，磷酸铁锂晶粒的粒度越小其越容易发生团聚，导致众多小颗粒相互粘结团聚成二次颗粒，而较大的二次颗粒再进行堆积致使振实密度反而不如微米级磷酸铁锂。综合上述问题及实际应用的缺陷，本专利技术人从磷酸铁锂晶粒自身及表面性质出发，首先调控反应温度及pH，在磷酸二氢铵与硫酸亚铁反应过程中同时加入苯胺，制备得到聚苯胺改性的磷酸铁，在此基础上，以该改性磷酸铁为前驱体进一步制备聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米磷酸铁锂；本专利技术制得的聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米磷酸铁锂不仅大幅度提高了磷酸铁锂的电导率及电化学活性，同时杂质相含量低，对低温放电性能的负面影响很小。对于纳米级磷酸铁锂的团聚问题，本专利技术进一步采用单宁酸对聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米磷酸铁锂进行二次包覆，基于聚乙烯吡咯烷酮和单宁酸配合作用构建均匀化3D导电碳网，其不仅电化学活性高且稳定性好，能够很好的缓解纳米磷酸铁锂粒子容易团聚的问题，有效提高了纳米磷酸铁锂的振实密度进而保证了锂离子电池低温环境下的使用性能。
[0019]本专利技术提供了一种纳米磷酸铁锂，采用上述方法制备。
[0020]本专利技术还提供了一种锂离子电池用正极材料，包括上述纳米磷酸铁锂。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]针对磷酸铁锂自身性质的缺陷及常规技术手段的局限性，本专利技术制备了一种新型纳米磷酸铁锂复合材料，以聚苯胺改性磷酸铁为前驱体，采用聚乙烯吡咯烷酮和单宁酸对其进行两次包覆，不仅有效克服了纳米磷酸铁锂粒子容易团聚的问题，还提高了纳米磷酸铁锂的振实密度进而保证了锂离子电池低温环境下的使用性能，具有很好的市场竞争力。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本专利技术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。
[0024]除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本专利技术
的技术人员通常理解的含义相同。在本专利技术的说明书所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并非用于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0025]实施例1
[0026]一种纳米磷酸铁锂的制备方法，包括：
[0027]1、按摩尔比1.8:1:3.2:0.35分别称取磷酸二氢铵、苯胺、硫酸亚铁及双氧水(30％)备用，随后将磷酸二氢铵与苯胺溶于45℃去离子水持续搅拌30min，加入硫酸亚铁、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)：取磷酸二氢铵与苯胺溶于去离子水，持续搅拌并加入硫酸亚铁与双氧水，将反应生成物过滤、洗涤得到PAn
‑
磷酸铁；步骤2)：将步骤1)所得PAn
‑
磷酸铁加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，高压控温，随后离心收集沉淀，沉淀经洗涤干燥后与碳酸锂、还原剂充分混合，烧结，球磨得到PVP
‑
纳米磷酸铁锂；步骤3)：将步骤2)所得PVP
‑
纳米磷酸铁锂加至单宁酸水溶液中，超声波处理，最后离心收集沉淀，洗涤干燥后经焙烧、球磨即得。2.根据权利要求1所述纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1)所述磷酸二氢铵、苯胺、硫酸亚铁与双氧水的摩尔比为1.8:1:3.2:0.35。3.根据权利要求1所述纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，去离子水的温度为40
‑
50℃；加入硫酸亚铁的同时还需加入磷酸控制pH值为1.5
‑
3，并升温至90
‑
120℃。4.根据权利要求1所述纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤2)所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液每100毫升中含有2克聚乙烯吡咯烷酮、50毫升乙醇、50...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐越峰，王孟杰，史利涛，宋海申，姚宇泽，
申请(专利权)人：宜春天赐高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：