纳米磷酸铁锂的制备方法及其应用与流程

本公开属于锂离子电池正极材料，具体涉及一种纳米磷酸铁锂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、作为锂离子电池正极材料，磷酸铁锂比容量高、安全性好、循环寿命长、热稳定性好，同时原材料来源广泛、价格便宜，是一种与三元材料长期共存的正极材料。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。目前，合成磷酸铁锂正极材料主要是通过高温固相反应法，即将锂源、铁源、磷源、掺杂或包覆物质一起研磨混合均匀，然后在高温下烧结而成。同时合成磷酸铁锂也有水热法，共沉淀法、微乳液法等其他方式。尽管制备磷酸铁锂的方法有多种，但是以纳微尺度的磷酸铁为原料，制备磷酸铁锂，也正受到人们的广泛关注。目前，小尺寸磷酸铁的制备方法存在产量低，成本高抑或是制备的材料粒度不够小，材料活性不足等问题。例如采用机械研磨的方式制备颗粒粒径小的磷酸铁材料，此种方法通常耗时长，能耗高，且颗粒容易团聚，无法暴露更多的活性位点。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本公开提出一种纳米磷酸铁锂的制备方法及其应用。该方法主要通过调节单脉冲能量和激光作用的时间进行产物的控制，激光作用于不断搅拌的磷酸铁醇类溶剂，在高效细化磷酸铁的同时增加纳米磷酸铁颗粒与周围液体环境的进一步反应，进而制得羟基官能团修饰的纳米磷酸铁颗粒，产物无团聚，分散性高。

2、根据本公开的一个方面，提出了一种纳米磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：将磷酸铁分散于醇类溶剂中，经超声后得到悬浊液a；

4、s2：对所述悬浊液a进行激光处理，激光波长220-760nm，脉冲宽度5-15ns，脉冲频率10-100hz，单脉冲能量100-300mj，激光处理期间对所述悬浊液a进行搅拌；

5、s3：向激光处理后的悬浊液a中加入锂源和碳源，混合后得到悬浊液b；

6、s4：将所述悬浊液b进行喷雾干燥得到干燥粉体，将所述干燥粉体置于惰性气氛下烧结，即得所述纳米磷酸铁锂。

7、在本公开的一些实施方式中，步骤s1中，所述磷酸铁的粒径d50为1-20μm。

8、在本公开的一些实施方式中，步骤s1中，所述醇类溶剂为异丙醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇或异丁醇中的至少一种。

9、在本公开的一些实施方式中，步骤s1中，所述超声的频率为40-60khz，超声的时间为10-30min。

10、在本公开的一些实施方式中，步骤s1中，所述磷酸铁与醇类溶剂的质量比为1：(2-4)。

11、在本公开的一些实施方式中，步骤s2中，所述激光处理的时间为0.5-2h。

12、在本公开的一些实施方式中，步骤s2中，所述搅拌的速度为400-700r/min。

13、在本公开的一些实施方式中，步骤s3中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂或氯化锂中的至少一种。

14、在本公开的一些实施方式中，步骤s3中，所述磷酸铁中fe与锂源中li的摩尔比为1：(1-1.05)。

15、在本公开的一些实施方式中，步骤s3中，所述磷酸铁和碳源的质量比为1：(0.14-0.17)。

16、在本公开的一些实施方式中，步骤s3中，所述碳源为葡萄糖、柠檬酸、蔗糖或抗坏血酸中的至少一种。

17、在本公开的一些实施方式中，步骤s4中，所述喷雾干燥的进风温度为180-200℃；所述喷雾干燥的进料速率为500-700ml/h。

18、在本公开的一些实施方式中，步骤s4中，所述烧结的温度为600-900℃。

19、在本公开的一些实施方式中，步骤s4中，所述烧结的时间为8-14h。

20、在本公开的一些实施方式中，步骤s4中，所述纳米磷酸铁锂的粒径d50为8-40nm。

21、本公开还提供所述的制备方法在制备锂离子电池中的应用。

22、根据本公开的实施方式，至少具有以下有益效果：

23、1、本公开通过激光液相溶蚀技术制备得到颗粒均匀，分散性好的纳米磷酸铁材料，当处于搅拌下的液体中的磷酸铁被激光照射，脉冲激光穿过液体与材料相互作用后产生大量的高温等离子体，形成一个高温高压的局部环境，在材料与液体的固液界面处产生激光诱导的等离子体羽，在高能量的激光溶烛作用下，材料的原子或离子具备很高的动能，同时由于等离子羽内部有很大的内压作用，使得溶融的固相材料物质派射到液相环境中，最后等离子体羽在液体束缚中淬灭，新相的成核与生长就发生在这一过程，新生成的产物向外扩散到液相环境中，并快速冷却下来成为最终的纳米材料。等离子体羽在液体中的淬灭时间非常的短暂(大约为100ns)，这使得生长在等离子体羽淬灭过程中的晶粒尺度一般都在纳米尺度。制备得到的磷酸铁具有良好的分散性能，同时其样品粒径均达到纳米级，且形状规整。

24、2、选择醇类溶剂作为液相激光溶蚀的溶剂，并且在特定的激光参数下，通过激光的作用对纳米粒子表面进行官能团修饰，即在含有-oh的溶剂中溶蚀磷酸铁，可以获得表面有羟基基团修饰的纳米粒子，基团吸附于粒子表面，能够减少纳米粒子的团聚，提高颗粒分散性，在后续烧结制备磷酸铁锂时，控制晶粒的生长。该种制备方法能够在不添加表面活性剂的情况下将目标官能团修饰到纳米磷酸铁上，而且没有副产物。相比采用机械球磨方法和在水溶液中溶蚀的方法制备得到的磷酸铁锂材料，本方法制备得到的磷酸铁锂材料颗粒粒径小，分散性好，有利于锂离子的嵌入与脱出，提高活性物质的利用率。

技术特征：

1.一种纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述磷酸铁的粒径d50为1-20μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述醇类溶剂为异丙醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇或异丁醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述超声的频率为40-60khz，超声的时间为10-30min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述磷酸铁与醇类溶剂的质量比为1：(2-4)。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述激光处理的时间为0.5-2h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述搅拌的速度为400-700r/min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂或氯化锂中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述磷酸铁中fe与锂源中li的摩尔比为1：(1-1.05)。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述磷酸铁和碳源的质量比为1：(0.14-0.17)。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述碳源为葡萄糖、柠檬酸、蔗糖或抗坏血酸中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述喷雾干燥的进风温度为180-200℃；所述喷雾干燥的进料速率为500-700ml/h。

13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述烧结的温度为600-900℃。

14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述烧结的时间为8-14h。

15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述纳米磷酸铁锂的粒径d50为8-40nm。

16.如权利要求1-15任一项所述的制备方法在制备锂离子电池中的应用。

技术总结
本公开属于锂离子电池正极材料技术领域，公开了一种纳米磷酸铁锂的制备方法及其应用。该方法包括将磷酸铁分散于醇类溶剂中，经超声后得到悬浊液A，对悬浊液A进行激光处理，激光处理期间对悬浊液A进行搅拌，向激光处理后的悬浊液A中加入锂源和碳源，混合后得到悬浊液B，将悬浊液B进行喷雾干燥得到干燥粉体，将干燥粉体置于惰性气氛下烧结，即得纳米磷酸铁锂。

技术研发人员：余海军,谢英豪,李爱霞,王涛,李长东
受保护的技术使用者：广东邦普循环科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10