【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体为一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法。
技术介绍
1、为应对全球变暖，世界各国相继颁布了燃油车禁售时间表(nature,2016,534(7609):631-639.)。作为替代方案，混合动力电动汽车和纯电动汽车迫切需要安全可靠的高性能锂离子电池(angewandte chemie international edition,2018,57(19):5301-5305；nature chemistry,2015,7(1):19-29.)。锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四部分组成，其中正极是最重要的组成部分，其性能的优劣决定着锂离子电池的性能。具有橄榄石结构的lifepo4是目前公认的最安全的正极材料(energy&environmentalscience,2011,4:805)。不久前，比亚迪发布了一款基于lifepo4正极材料的刀片电池，该电池在穿刺实验中，表面无明火、冒烟现象，并且电池表面温度仅为30℃～60℃，这表明lifepo4作为锂离子电池的正极材料具有无可比拟的安全性。此外，国内市场磷酸铁锂电池装车量已连续三年超越三元锂电池。但是lifepo4的理论能量密度较低(586wh kg-1)，难以满足当前高端电车的需求，橄榄石结构的limnpo4具有较高的理论能量密度(701wh kg-1)，但姜-泰勒效应导致其电化学性能十分差。因此，合成life1-xmnxpo4固溶体是实现高能量密度的根本途径。
2、当前新能源电动车在我国北方
3、连续化微波辅助水热法作为低成本合成工艺已经受到全世界越来越难多的关注，国内还未见连续化微波水热法生产life1-xmnxpo4固溶体的报道，国内采用方法为常规水热反应釜的间歇操作，然而这样的生产方式存在诸多弊端：壁面传热系数低、加热时间长；浆料易粘壁，进一步降低传热效率；高温高压下，釜体内局部温度可能出现不均匀现象，安全性低；大规模生产设备与小试、中试装置产品性能差异大。当前的高压反应釜很难实现反应连续化和进出料连续化，难以大规模工业化生产。因此，本专利技术提出一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4固溶体的全新方法解决上述问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，合成过程中使用微通道反应器、管式延时反应器及微波辅助加热，能够实现连续化合成尺寸小、粒径分布均一life1-xmnxpo4固溶体，微波加热使反应物受热更均匀，使物料的反应速率比常规水热方法快几十倍甚至数千倍，能够合成常规方法难以生成的物质。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、步骤1：配制得到含锂离子水溶液，浓度为0.1～5mol·l-1；
5、步骤2：配制得到含磷酸根离子水溶液，浓度为0.1～5mol·l-1；
6、步骤3：将步骤1的含锂离子水溶液和步骤2的含磷酸根离子水溶液经过微观混合获得均一的li3po4悬浊液；
7、步骤4：配制得到含亚铁离子和/或二价锰离子的水溶液，浓度分别为0.1～5mol·l-1和0.1～5.0mol·l-1；
8、步骤5：利用进料泵将步骤3的li3po4悬浊液导入缓冲罐进行搅拌后泵入碰撞混合器，利用进料泵将步骤4的含亚铁离子和/或二价锰离子的水溶液泵入碰撞混合器，在碰撞混合器中充分预混后进入管式延时反应器，管式延时反应器温度为50～300℃，物料在管式延时反应器停留时间为5～120分钟，加热方式为微波辅助加热；
9、步骤6：合成的目标产物进入固液分离器，然后收集沉淀物，经洗涤、烘干后得到粒径分布均一的life1-xmnxpo4纳米晶。
10、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，步骤1配制的含锂离子水溶液，浓度优选为2.0～5.0mol·l-1，含锂离子的原料为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂、氯化锂中的一种或两种以上。
11、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，步骤2配制的含磷酸根离子水溶液，浓度优选为0.5～3.0mol·l-1，含磷酸根离子的原料为磷酸、磷酸铵、磷酸一氢氨、磷酸二氢铵中的一种或两种以上。
12、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，步骤1和步骤2中，含锂离子水溶液与含磷酸根离子水溶液摩尔比为(2.5～3.5):1。
13、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，步骤3中，利用柱塞泵分别将含锂离子水溶液与含磷酸根离子水溶液泵入到微通道反应器中，含锂离子水溶液与含磷酸根离子水溶液的流速分别为30～90ml·min-1和10～60ml·min-1。
14、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，步骤4配制的含亚铁离子和/或二价锰离子的水溶液，亚铁离子浓度优选为0.2～2.0mol·l-1，二价锰离子浓度优选为0.1～2.0mol·l-1；含亚铁离子的原料为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、乙酸亚铁中的一种或两种以上，含二价锰离子的原料为硫酸锰、二氯化锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种或两种以上。
15、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，步骤3和步骤4中，li3po4、fe2+、mn2+摩尔比为(0.5～2.0):(0～3.0):(0～3.0)。
16、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，步骤5中，li3po4悬浊液泵入碰撞混合器的流速为10～90ml·min-1，含亚铁离子和/或二价锰离子的水溶液泵入碰撞混合器的流速为10～90ml·min-1。
17、所述的连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，life1-xmnxpo4纳米晶中，x为0～1.0。
18、本专利技术的设计思想是：
19、本专利技术引入微通道反应器合成li3po4颗粒，微观混合能够为li3po4颗粒形核提供一个均匀的过饱和环境，从而更有利于生成尺寸小、粒径分布均一的颗粒。在水热合成环境中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，步骤1配制的含锂离子水溶液，浓度优选为2.0～5.0mol·L-1，含锂离子的原料为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂、氯化锂中的一种或两种以上。
3.按照权利要求1所述的1所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，步骤2配制的含磷酸根离子水溶液，浓度优选为0.5～3.0mol·L-1，含磷酸根离子的原料为磷酸、磷酸铵、磷酸一氢氨、磷酸二氢铵中的一种或两种以上。
4.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，含锂离子水溶液与含磷酸根离子水溶液摩尔比为(2.5～3.5):1。
5.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，步骤3中，利用柱塞泵分别将含锂离子水溶液与含磷酸根
6.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，步骤4配制的含亚铁离子和/或二价锰离子的水溶液，亚铁离子浓度优选为0.2～2.0mol·L-1，二价锰离子浓度优选为0.1～2.0mol·L-1；含亚铁离子的原料为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、乙酸亚铁中的一种或两种以上，含二价锰离子的原料为硫酸锰、二氯化锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种或两种以上。
7.按照权利要求1至6之一所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，步骤3和步骤4中，Li3PO4、Fe2+、Mn2+摩尔比为(0.5～2.0):(0～3.0):(0～3.0)。
8.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，步骤5中，Li3PO4悬浊液泵入碰撞混合器的流速为10～90mL·min-1，含亚铁离子和/或二价锰离子的水溶液泵入碰撞混合器的流速为10～90mL·min-1。
9.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成LiFe1-xMnxPO4纳米晶的方法，其特征在于，LiFe1-xMnxPO4纳米晶中，x为0～1.0。
...【技术特征摘要】
1.一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，其特征在于，步骤1配制的含锂离子水溶液，浓度优选为2.0～5.0mol·l-1，含锂离子的原料为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂、氯化锂中的一种或两种以上。
3.按照权利要求1所述的1所述的一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，其特征在于，步骤2配制的含磷酸根离子水溶液，浓度优选为0.5～3.0mol·l-1，含磷酸根离子的原料为磷酸、磷酸铵、磷酸一氢氨、磷酸二氢铵中的一种或两种以上。
4.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，含锂离子水溶液与含磷酸根离子水溶液摩尔比为(2.5～3.5):1。
5.按照权利要求1所述的一种连续化微波辅助水热合成life1-xmnxpo4纳米晶的方法，其特征在于，步骤3中，利用柱塞泵分别将含锂离子水溶液与含磷酸根离子水溶液泵入到微通道反应器中，含锂离子水溶液与含磷酸根离子水溶液的流速分别为30～90ml·min-1和10～60...
【专利技术属性】
技术研发人员：程仁飞，宋昕桐，王晓辉，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
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