球形磷酸铁锂前驱体、其制备方法及应用与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及球形磷酸铁锂前驱体、其制备方法及应用。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明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。

2、本发明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。

3、本发明是这样实现的：

4、第一方面，本发明提供一种球形磷酸铁锂前驱体的制备方法，包括：

5、将锂源、磷源和铁源混合溶解，得到磷酸铁锂溶液；

6、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。

7、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；

8、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；

9、优选地，表面活性剂为十六烷基苯磺酸钠/乙二醇。

10、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)。

11、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)。

12、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；

13、和/或，所述球形磷酸铁锂前驱体的球形尺寸为50～110nm；

14、和/或，所述球形磷酸铁锂前驱体的球形度大于0.85。

15、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；

16、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；

17、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；

18、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；

19、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)。

20、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；

21、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。

22、第二方面，本发明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。

23、第三方面，本发明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。

24、第四方面，本发明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。

25、本发明具有以下有益效果：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。

技术特征：

1.一种球形磷酸铁锂前驱体的制备方法，其特征在于，包括：

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；

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)；

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；

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磷酸铁锂溶液的步骤，包括：将所述锂源、所述磷源和所述铁源按照摩尔比为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；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：将所述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；

8.一种球形磷酸铁锂前驱体，其特征在于，通过权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备而得。

9.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，通过权利要求8的所述球形磷酸铁锂前驱体制备而得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，其通过权利要求9所述磷酸铁锂正极材料制备而得。

技术总结
本发明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90‑110℃的条件下蒸发得到固体磷酸铁锂前驱体。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。

技术研发人员：陈昌协,李意能,徐荣益,刘其峰,黄良有,方帅
受保护的技术使用者：曲靖市德方纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13