快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料及制备方法，其包括：步骤1、将水与乙醇进行混合，配制成混合溶液；步骤2、将铁源、磷源、碳源和络合剂分别进行溶解，配制成溶液；步骤3、在所述步骤1配制的水与乙醇的混合溶液中加入（010）面优势生长的晶种；步骤4、将所述步骤3处理后的母液升温，随后将铁源、磷源、碳源、络合剂的溶液分别逐滴加入，进行反应并搅拌；步骤5、在步骤4中的悬浊液中加入锂源，搅拌均匀后进行喷雾干燥、烧结。通过本发明专利技术解决了电解液无法进入颗粒内部，阻碍锂离子扩散，影响磷酸铁锂的综合性能的问题，以及提高了磷酸铁锂的能量密度、低温性能和倍率性能。低温性能和倍率性能。低温性能和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料及制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池正极材料磷酸铁锂具虽然具有价格低廉、工作电压稳定、无毒环保、结构稳定、安全可靠、热稳定性好、循环寿命长等特点，但同样存在离子电导率低，低温性能差和振实密度小等缺点。研究者们尝试各种办法来改善磷酸铁锂的上述缺陷，比如碳包覆和离子掺杂技术。通过碳包覆和离子掺杂技术提高离子电导率，可在一定程度上改善磷酸铁锂的低温性能，但碳包覆技术会降低粉体材料中的活性成分比例和振实密度，大幅增加材料的比表面积，进而降低电池能量密度和使加工性能恶化，掺杂元素一般为不参与充放电反应的非活性原子，掺入磷酸铁锂体相中会降低材料的克容量，过多的掺杂量会阻塞锂离子的扩散通道，从而降低磷酸铁锂的离子扩散速率。
[0003]因此，针对铁锂现有的不足，有研究者通过改变形貌来综合提高磷酸铁锂，球形化的磷酸铁锂具有较高的振实密度，较低的内阻，优异的流动性、分散性和加工性能，较低的界面能，比能量较高。十分有利于制作正极材料浆料、电极的涂覆和提高电极片的品质。
[0004]现有主流的球形化磷酸铁锂为一次颗粒致密团聚成球形磷酸铁锂，致密化球形磷酸铁锂颗粒存在的缺陷：电解液无法快速进入颗粒内部，阻碍锂离子扩散，影响磷酸铁锂的综合性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料及制备方法，旨在解决的技术问题之一是：电解液无法快速进入颗粒内部，阻碍锂离子扩散，影响磷酸铁锂的综合性能的技术问题。
[0006]考虑到现有技术的上述问题，根据本专利技术公开的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其包括：步骤1、将水与乙醇进行混合，配制成混合溶液，水与乙醇的质量比为1：2~1：8；步骤2、将铁源、磷源、碳源和络合剂分别进行溶解，配制成溶液；步骤3、在所述步骤1配制的水与乙醇的混合溶液中加入（010）面优势生长的晶种，所述（010）面优势生长的晶种在混合溶液中分散均匀后，作为反应母液，并将母液的pH调节成4~7；步骤4、将所述步骤3处理后的母液升温至40℃~100℃，随后将铁源、磷源、碳源、络合剂的溶液分别逐滴加入，进行反应并搅拌，搅拌速度为100rad/min~2000rad/min；反应完成后静置陈化2~6h；步骤5、在步骤4中的悬浊液中加入锂源，搅拌均匀后进行喷雾热解，得到（010）面
优势生长的纳米纤维堆积成表面一次颗粒疏松的球形磷酸铁锂。
[0007]为了更好地实现本专利技术，进一步的技术方案是：进一步地，所述步骤2中，制备的铁源和磷源溶液的溶度为过饱和状态。
[0008]进一步地，所述步骤2中，所述铁源为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的一种。
[0009]进一步地，所述步骤2中，所述磷源为磷酸、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种。
[0010]进一步地，所述步骤2中，所述碳源添加的量为铁源质量的0.1%~5%。
[0011]进一步地，所述步骤2中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、环糊精、苹果酸、马来酸和PEG中的一种或几种。
[0012]进一步地，所述步骤2中，所述络合剂为氨水、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和碳酸二氢铵中的一种。
[0013]进一步地，所述步骤5中，烧结温度为550℃~875℃，保温6~20h。
[0014]进一步地，所述步骤3中，所述（010）面优势生长的晶种为α
‑
La2O3、α
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Al2O3和α
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Ti2O3中的一种。
[0015]进一步地，所述步骤3中，所述（010）面优势生长的晶种的添加量为铁源质量的0.5~5%。
[0016]本专利技术还可以是：一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料，其上述快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料的制备方法制备得到。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果之一是：本专利技术的一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料及制备方法，1）具有较宽的电荷转移面面，短锂离子扩散路径，有利于锂离子快速扩散，提高磷酸铁锂的能量密度、低温性能、倍率性能；2）球形表面纳米纤维颗粒堆积疏松，电解液与活性物质颗粒内部接触更为容易，有利于锂离子快速扩散，提高磷酸铁锂的能量密度、低温性能、倍率性能；3）球形化的磷酸铁锂保持着较高的振实密度，较低的内阻，优异的流动性、分散性和工艺性能，较低的界面能，较高的比能量。
附图说明
[0018]为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
[0019]图1为根据本专利技术一个实施例的（010）面优势生长的纳米纤维堆积成表面一次颗粒疏松的球形磷酸铁锂XRD示意图。
[0020]图2为根据本专利技术一个实施例的（010）面优势生长的纳米纤维堆积成表面一次颗粒疏松的球形磷酸铁锂SEM示意图。
[0021]图3为根据本专利技术一个实施例的25℃&0.1C 2~3.75V首次充放电C
‑
V曲线示意图。
[0022]图4为根据本专利技术一个实施例的
‑
20℃@2~3.75V 低温倍率性能示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0024]一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其包括：步骤1、将一定量的水与乙醇进行混合，配制成混合溶液，水与乙醇的质量比为1：2~1：8。
[0025]其中，水和乙醇的介电常数不同，分子间隙不同，当两者混合比例合适，分子间隙会减小，分子之间的斥力会变大，使分子不易黏合，更利于纳米纤维堆积在表面时较为疏松。另一方面，水和乙醇混合溶液的系统总能量驱动纳米纤维聚集在一起。
[0026]步骤2、将一定量的铁源、磷源、碳源、络合剂分别进行溶解，分别配制成一定浓度的溶液。
[0027]其中，铁源、磷源特征在于可溶于水，铁源溶液与磷源溶液浓度需处于过饱和状态，使沉淀物在非常短的时间内产生非常高成核速率，原子核附于 （010）面优势生长的晶种之上。
[0028]优选地，铁源为硫酸铁、氯化铁和硝酸铁中的一种；磷源为磷酸、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种；铁离子与磷离子的摩尔比优选为0.9~1：1，铁源、磷源溶液浓度为0.5mol/L~15mol/L；碳源为铁源质量的0.1%~5%，碳源可以是葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、环糊精、苹果酸、马来酸和PEG中的一种或多种；络合剂为氨水、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和碳酸二氢铵中的一种，浓度为0.1mol/L~2mol/L。
[0029]步骤3、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于包括：步骤1、将水与乙醇进行混合，配制成混合溶液，水与乙醇的质量比为1：2~1：8；步骤2、将铁源、磷源、碳源和络合剂分别进行溶解，配制成溶液；步骤3、在所述步骤1配制的水与乙醇的混合溶液中加入（010）面优势生长的晶种，所述（010）面优势生长的晶种在混合溶液中分散均匀后，作为反应母液，并将母液的pH调节成4~7；步骤4、将所述步骤3处理后的母液升温至40℃~100℃，随后将铁源、磷源、碳源、络合剂的溶液分别逐滴加入，进行反应并搅拌，搅拌速度为100rad/min~2000rad/min；反应完成后静置陈化2~6h；步骤5、在步骤4中的悬浊液中加入锂源，搅拌均匀后进行喷雾干燥，得到干燥的混合物，随后对混合物进行烧结，烧结温度为550℃~875℃，保温6~20h，得到（010）面优势生长的纳米纤维堆积成表面一次颗粒疏松的球形磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于所述步骤2中，制备的铁源和磷源溶液的溶度为过饱和状态。3.根据权利要求1所述的快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于所述步骤2中，所述铁源为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的一种。4.根据权利要求1所述的快锂离子扩散速率的磷酸铁锂正极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兰英，朱振华，鲍飞翔，刘智敏，喻权，
申请(专利权)人：四川富临新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：