一种基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法，先制备双峰粒度的磷酸铁，即在制备磷酸铁时引入分散剂、二氧化硅气凝胶制得双峰粒度结构的磷酸铁粉体，随后基于该磷酸铁制备磷酸铁锂即可。本发明专利技术磷酸铁锂的制备方法基于双峰粒度结构的磷酸铁基础上，在烧结过程中能够有效抑制一次颗粒的异常生长，提高导电性能，且同样无需提高烧结温度即可具有高压实密度，具有高容量；同时，其制备工艺可操作性强，适用于大规模的工业化应用。工业化应用。工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法


[0001]本专利技术属于磷酸铁锂制备领域，尤其涉及一种基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池正极材料中的活性物质大多数是含锂的过渡金属氧化物。目前，对正极材料的研究主要集中在LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2、LiFePO4等。
[0003]其中，LiFePO4原料来源广泛，价格低廉，无毒性，环境兼容性好，用做正极材料时热稳定性好、循环性能优良、安全性好，被认为是较立项的新一代锂离子电池正极材料。LiFePO4的来源有两类，一类是自然界中的磷铁锂矿，但是其中LiFePO4的含量不高，且由于杂质的影响，其电化学性能很差；另一类则是目前研究最多的采用人工合成的LiFePO4，其合成方法很多，大致可分为固相法和液相法两大类。固相法中的高温固相法由于工艺相对简单，易于工业化，是目前制备LiFePO4的主要方法。反应原料主要是锂盐、磷酸氢铵盐与铁的化合物，将各种原料按化学计量比混合均匀后，在惰性气氛或还原性气氛条件下进行高温烧结（通常是先300
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350进行预煅烧，再500
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800℃进行高温煅烧）合成。
[0004]然而在实际生产中发现，LiFePO4存在两个缺陷：一是电子电导率低，不利于可逆充放电；二是锂离子电导率低，不利于高倍率放电。基于此，为了提高其导电性，现有采用对LiFePO4进行碳包覆或者通过掺杂Mn，Mg，Al，Ti，Zr，Nb，W等改性其性能。
[0005]采用碳包覆还能够抑制一次颗粒的异常生长，进而确保小颗粒数量以保证导电性能。但同时小颗粒的晶粒将导致LiFePO4的压实密度低，导致由它制作的体积比容量低，在实际中又将阻碍该LiFePO4材料的应用。因此，现亟需一种高导电性能同时压实密度高的新型LiFePO4，已解决现有两者不能同时兼得的技术壁垒。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的所要解决的技术问题是提供一种不仅具有高导电性能，同时具有高压实密度的新型磷酸铁锂正极材料。
[0007]技术方案：本专利技术基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）制备双峰粒度的磷酸铁：按摩尔比1:1
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1.5将硝酸铁和磷酸氢二钠分别配制成硝酸铁溶液和磷酸氢二钠溶液，调节硝酸铁溶液的pH为1
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1.5，向该硝酸铁溶液中加入磷酸氢二钠溶液混匀后，搅拌加入分散剂、二氧化硅气凝胶及均相沉淀剂，于90
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110℃条件下反应至出现白色沉淀后，冷却至室温，并经过滤、洗涤、干燥后制得双峰粒度结构的磷酸铁粉体；（2）制备磷酸铁锂：将磷酸铁粉体、锂源、碳源加入溶剂中，分撒研磨并喷雾干燥后制得磷酸铁锂前驱体，将该前驱体置于惰性气氛、770
‑
790℃条件下烧结8
‑
12h，制得磷酸铁
锂。
[0008]本专利技术通过在制备磷酸铁时，通过引入分散剂和二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶能够均匀充分分散于磷酸铁体系中，进而在形成磷酸铁晶粒时，均匀填充于磷酸铁体系中的二氧化硅气凝胶能够限制位于其周边的晶粒的长大，进而使得最终制备的磷酸铁能粒径具有大小均匀分布的双峰结构，大粒径的磷酸铁能够提高压实密度，而小粒径的磷酸铁能够提高导电性能，获得双重功效；同时基于该双峰结构的磷酸铁制备的磷酸铁锂能够在不提高烧结温度的条件下，依然具备该压实密度，提高电容量，同时还结合碳源的包覆抑制了一次颗粒的异常生长，进一步提高了导电性能；此外，二氧化硅气凝胶的孔洞结构能够提供更多的离子的传输通道，进而赋予锂离子电池更高的能量密度及容量。
[0009]进一步说，该制备方法的步骤（1）中，所述分散剂的加入量为硝酸铁质量的3
‑
5%。
[0010]进一步说，该制备方法的步骤（1）中，所述分散剂包括羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或明胶。
[0011]进一步说，该制备方法的步骤（1）中，所述二氧化硅气凝胶的加入量为硝酸铁质量的10
‑
15%。
[0012]进一步说，该制备方法的步骤（1）中，所述均相沉淀剂与硝酸铁的摩尔比为1.2
‑
1.5:1，该均相沉淀剂为尿素或六次甲基四胺。
[0013]进一步说，该制备方法的步骤（2）中，所述锂源、磷酸铁粉体中Li和Fe的摩尔比1.01
‑
1.06:1。
[0014]进一步说，该制备方法的步骤（2）中，所述碳源为质量比1:1
‑
2的聚乙二醇和蔗糖复合物。
[0015]本专利技术采用由聚乙二醇和蔗糖两种物质复配而成的碳源，进而能够热解后的形成立体的网络使磷酸铁锂颗粒可以完全被包覆，进而抑制高温融合后大颗粒的出现。
[0016]进一步说，该制备方法的步骤（2）中，所述碳源的加入量为磷酸铁质量的8
‑
16%。
[0017]进一步说，该制备方法的步骤（2）中，所述溶剂为水或乙醇。
[0018]进一步说，该制备方法的步骤（2）中，所述喷雾干燥的进风温度为200℃
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240℃，出口温度为90℃
‑
110℃。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：该高压实、高导电性的磷酸铁锂基于双峰粒度结构的磷酸铁基础上，在烧结过程中能够有效抑制一次颗粒的异常生长，提高导电性能，且同样无需提高烧结温度即可具有高压实密度，具有高容量；同时，其制备工艺可操作性强，适用于大规模的工业化应用。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1制备的磷酸铁的粒度分布图；图2为本专利技术实施例1制备的磷酸铁的SEM图片，放大倍数为5000；图3为本专利技术实施例1制备的磷酸铁锂的SEM图片，放大倍数为5000；图4为本专利技术对比例1制备的磷酸铁的粒度分布图；图5为本专利技术对比例1制备的磷酸铁的SEM图片，放大倍数为5000；图6为本专利技术对比例1制备的磷酸铁锂的SEM图片，放大倍数为5000。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。
[0022]实施例1：该实施例1的磷酸铁的制备方法包括如下步骤：（1）将硝酸铁充分溶解于水中配制成硝酸铁溶液，将磷酸氢二钠充分溶解于水中配制成磷酸氢二钠溶液，硝酸铁和磷酸氢二钠的摩尔比为1:1（其中，硝酸铁1mol）；（2）采用硝酸调节硝酸铁溶液的pH为1
‑
1.5，将磷酸氢二钠溶液加入硝酸铁溶液中混合均匀，制得混合溶液；（3）向上述混合溶液中边搅拌边加入羟甲基纤维素、二氧化硅气凝胶和尿素于100℃条件下反应至出现白色沉淀后，冷却至室温，并经过滤、洗涤、干燥后制得双峰粒度结构的磷酸铁粉体；其中，羟甲基纤维素的加入量为硝酸铁质量的4%，二氧化硅气凝胶的加入量为硝酸铁质量的12%，尿素与硝酸铁的摩尔比为1.3:1。
[0023]将该实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）制备双峰粒度的磷酸铁：按摩尔比1:1
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1.5将硝酸铁和磷酸氢二钠分别配制成硝酸铁溶液和磷酸氢二钠溶液，调节硝酸铁溶液的pH为1
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1.5，向该硝酸铁溶液中加入磷酸氢二钠溶液混匀后，搅拌加入分散剂、二氧化硅气凝胶及均相沉淀剂，于90
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110℃条件下反应至出现白色沉淀后，冷却至室温，并经过滤、洗涤、干燥后制得双峰粒度结构的磷酸铁粉体；（2）制备磷酸铁锂：将磷酸铁、锂源、碳源加入溶剂中，分撒研磨并喷雾干燥后制得磷酸铁锂前驱体，将该前驱体置于惰性气氛、770
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790℃条件下烧结8
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12h，制得磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述分散剂的加入量为硝酸铁质量的3
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5%。3.根据权利要求1所述基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述分散剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或明胶。4.根据权利要求1所述基于双峰粒度磷酸铁制备高压实、高导电性磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述二氧化硅气凝胶的加入量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽媛，张泽彤，赵国庆，
申请(专利权)人：贝特瑞天津纳米材料制造有限公司，
类型：发明
国别省市：