一种形貌可控的改性磷酸铁锂的制备方法与流程

本发明属于动力电池正极材料技术领域，尤其涉及一种形貌可控的改性磷酸铁锂的制备方法。

背景技术：

磷酸铁锂正极材料的高循环性能、高安全性能、低成本以及环境友好等特点使其在动力锂离子电池中具有突出应用前景，不足之处是它的导电性差和锂离子扩散速度慢，且压实密度较低，这和磷酸铁锂正极材料的微观形貌及化学结构有着极大的关联。其中，球状的磷酸铁锂颗粒之间的接触面积较小，不易发生团聚现象且振实密度高；片状的磷酸铁锂中离子沿厚度方向的迁移路径短，能够提升材料的导电率。目前主要合成磷酸铁锂的方法是草酸亚铁高温固相法，其无法较好的控制磷酸铁锂的掺杂均匀性及形貌，并且加入量和时间难以精确控制，造成不同批次之间的稳定性较差且成本较高。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种形貌可控的改性磷酸铁锂的制备方法，制备的磷酸铁锂纳米材料形貌可控，且成本低。本发明的技术方案如下：一种形貌可控的改性磷酸铁锂的制备方法，将铁源分散到聚乙二醇水溶液中，待铁源溶解，将磷源加入聚乙二醇溶液中，向其中加入锂源的水溶液，再加入硫酸锰，最后搅拌后加入表面修饰剂形成产物，将产物转入烧瓶内，采用油浴加热反应制备改性磷酸铁锂；

所述的乙二醇溶液中乙二醇与水的质量比为0.2-0.8；

所述的锂源为可溶性锂盐；

所述的铁源为为铁盐及亚铁盐。

进一步的：所述的表面修饰剂的浓度为0.05-0.1g/ml；所述的搅拌的时间为3-5小时；所述的油浴温度为120-130℃，反应4-5小时；所述的改性磷酸铁锂的形貌为球状。

进一步的：所述的表面修饰剂的浓度为0.2-0.25g/ml；所述的搅拌的时间为6-8小时；所述的油浴温度为100-110℃，反应7-9小时；所述的改性磷酸铁锂的形貌为花状。

进一步的：所述的磷源为磷酸二氢锂、偏磷酸及偏磷酸铵中的任意一种或几种混合。

进一步的：所述的表面修饰剂为聚乙二醇、乙酰内酯、辛基酚醚及聚丙烯酸中的任意一种或几种混合。

本发明的有益效果如下：

(1)通过形貌控制，磷酸铁锂材料的振实密度可以达到1.8g/cm³；目前传统方法制得的磷酸铁锂的振实密度最高达到1.7g/cm³，而能量密度较低是目前，限制磷酸铁锂应用的主要因素，振实密度的提高可以有效地提高磷酸铁锂的能量密度，拓展其应用范围。

(2)表面活性剂的分子结构呈现双亲性，能吸附在固体表面，其长分子链的位阻效应可避免纳米粒子的团聚，并且可以在溶液中自组装形成胶团，反胶团，微乳液，囊泡，液晶等各种有序聚集体，这些聚集体的微环境可以作为微反应器或模板，从而实现对纳米材料形貌的调控，由于表面活性剂的加入，反应时间大大缩短，且反应温度有一定的降低，反应速率可控，形貌更均匀，同时成本大大降低。

(3)乙二醇的存在可以提供一个微反应环境，通过调节醇水比例调控微反应环境，醇水比例的控制使得形貌可控，通过调节醇水比例，可实现球的大小控制，以及花状形貌中片的厚度的控制。

(4)采用油浴加热反应，较传统的水热反应，条件更可控，批次之间的一致性变好，容易实现大批量生产，且成本降低。

附图说明

图1为球形磷酸铁锂的图片；

图2为花状磷酸铁锂的图片。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

实施例1

(1)将20ml乙二醇分散到20ml二级水中，300rpm磁力搅拌2min；(2)将2.78g硫酸亚铁加入到乙二醇水溶液中，继续搅拌至硫酸亚铁溶解后；加入0.96g偏磷酸铵，搅拌10min；

(3)将1.65g硫酸锂加入到20ml水搅拌至溶解后，倒入上述溶液中，搅拌反应20min；

(4)保持反应体系的搅拌状态，0.2g硫酸锰加入到反应体系当中，搅拌5min；

(5)加入6g聚乙二醇加入到体系中，搅拌5h后，油浴保持温度130℃4h，得到纳米球状改性磷酸铁锂。

实施例2

(1)将35ml乙二醇分散到35ml二级水中，300rpm磁力搅拌2min；

(2)将1.27g氯化亚铁加入到乙二醇水溶液中，继续搅拌至硫酸亚铁溶解后；加入0.80g偏磷酸，搅拌10min；

(3)将1.65g硫酸锂加入到15ml水搅拌至溶解后，倒入上述溶液中，搅拌反应20min；

(4)保持反应体系的搅拌状态，0.2g硫酸锰加入到反应体系当中，搅拌5min；

(5)加入3g乙酰内酯与3.38g聚乙二醇加入到体系中，搅拌4h后，油浴保持温度125℃反应4.5h，得到纳米球状改性磷酸铁锂。

实施例3

(1)将40ml乙二醇分散到45ml二级水中，300rpm磁力搅拌2min；

(2)将1.27g氯化亚铁加入到乙二醇水溶液中，继续搅拌至硫酸亚铁溶解后；加入0.40g偏磷酸及0.48g偏磷酸铵，搅拌10min；

(3)将1.65g硫酸锂加入到10ml水搅拌至溶解后，倒入上述溶液中，搅拌反应20min；

(4)保持反应体系的搅拌状态，0.2g硫酸锰加入到反应体系当中，搅拌5min；

(5)加入2g乙酰内酯与2.75g聚乙二醇加入到体系中，搅拌5h后，油浴保持温度130℃反应5h，得到纳米球状改性磷酸铁锂。

实施例4

(1)将10ml乙二醇分散到35ml二级水中，300rpm磁力搅拌2min；(2)将2.78g硫酸亚铁加入到乙二醇水溶液中，继续搅拌至硫酸亚铁溶解后；加入0.96g偏磷酸铵，搅拌10min；

(3)将1.65g硫酸锂加入到20ml水搅拌至溶解后，倒入上述溶液中，搅拌反应20min；

(4)保持反应体系的搅拌状态，0.2g硫酸锰加入到反应体系当中，搅拌5min；

(5)加入16.25g聚乙二醇加入到体系中，搅拌8h后，油浴保持温度110℃反应7h，得到花状改性磷酸铁锂。

实施例5

(1)将15ml乙二醇分散到35ml二级水中，300rpm磁力搅拌2min；

(2)将1.27g氯化亚铁加入到乙二醇水溶液中，继续搅拌至硫酸亚铁溶解后；加入0.80g偏磷酸，搅拌10min；

(3)将1.65g硫酸锂加入到20ml水搅拌至溶解后，倒入上述溶液中，搅拌反应20min；

(4)保持反应体系的搅拌状态，0.2g硫酸锰加入到反应体系当中，搅拌5min；

(5)加入8.15g乙酰内酯与7.6g聚乙二醇加入到体系中，搅拌7h后，油浴保持温度105℃反应8h，得到花状改性磷酸铁锂。

实施例6

(1)将20ml乙二醇分散到35ml二级水中，300rpm磁力搅拌2min；

(2)将1.27g氯化亚铁加入到乙二醇水溶液中，继续搅拌至硫酸亚铁溶解后；加入0.40g偏磷酸及0.48g偏磷酸铵，搅拌10min；

(3)将1.65g硫酸锂加入到20ml水搅拌至溶解后，倒入上述溶液中，搅拌反应20min；

(4)保持反应体系的搅拌状态，0.2g硫酸锰加入到反应体系当中，搅拌5min；

(5)加入6g乙酰内酯与9g聚乙二醇加入到体系中，搅拌6h后，油浴保持温度100℃反应9h，得到纳米球状改性磷酸铁锂。

上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。