一种磷酸铁锂材料及其制备方法与应用与流程

本公开涉及磷酸铁锂材料，具体而言，涉及一种磷酸铁锂材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、新能源电动汽车在这两年来呈现爆发式的增长，对应锂离子电池的需求也供不应求，市场需求加大。其中磷酸铁锂电池因其安全性能更好，循环性能优异和成本低廉，深受厂家和消费者的喜爱，但其压实密度较低，导致由它制作的锂电池体积比容量低，继而影响在实际中的应用。

2、鉴于此，特提出本公开。

技术实现思路

1、本公开的目的包括提供一种磷酸铁锂材料及其制备方法与应用以解决或改善上述技术问题。

2、本公开可这样实现：

3、第一方面，本公开提供一种磷酸铁锂材料，其同时含有大颗粒的磷酸铁锂和小颗粒的磷酸铁锂；

4、在磷酸铁锂材料的粒径分布图中，小颗粒的磷酸铁锂的峰值所对应的粒径为d1，0.1μm≤d1≤1.2μm，大颗粒的磷酸铁锂的峰值所对应的粒径为d2，2.5μm≤d2≤7μm；

5、大颗粒的磷酸铁锂在磷酸铁锂材料中的质量百分数为30％-45％，余量为小颗粒的磷酸铁锂。

6、在可选的实施方式中，大颗粒的磷酸铁锂包括大颗粒的磷酸铁锂本体以及包覆于大颗粒的磷酸铁锂本体表面的第一碳包覆层；和/或，小颗粒的磷酸铁锂包括小颗粒的磷酸铁锂本体以及包覆于小颗粒的磷酸铁锂本体表面的第二碳包覆层。

7、在可选的实施方式中，第一碳包覆层的厚度为1nm-12nm；和/或，第二碳包覆层的厚度为1nm-15nm。

8、在可选的实施方式中，磷酸铁锂材料的颗粒振实密度不低于1.5g/cm2。

9、第二方面，本公开提供一种如前述实施方式任一项的磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：将第一溶液和第二溶液的混合溶液进行第一次交联反应，得到具有大孔径的三维网络凝胶中间体；将三维网络凝胶中间体分为不同的区域以使不同区域的三维网络凝胶中间体分别于不同温度条件下进行第二次交联反应，以使部分区域的三维网络凝胶中间体中的大孔径收缩形成小孔径，得到同时含有大孔径和小孔径的三维网络凝胶；将三维网络凝胶进行干燥和烧结，得到磷酸铁锂材料；

10、其中，第一溶液中包括温度响应性聚合物单体、交联剂以及光引发剂；第二溶液中包括铁源、磷源和锂源。

11、在可选的实施方式中，第一次交联的温度低于温度响应性聚合物单体的低临界转变温度，和/或，第一次交联的时间为30s-60s。

12、在可选的实施方式中，形成小孔径的三维网络凝胶中间体区域对应的第二次交联的温度不低于温度响应性聚合物单体的低临界转变温度，剩余的三维网络凝胶中间体区域对应的第二次交联的温度低于温度响应性聚合物单体的低临界转变温度；和/或，第二次交联的时间为5min-20min。

13、在可选的实施方式中，形成小孔径的三维网络凝胶中间体区域的体积不超过剩余的三维网络凝胶中间体区域的体积的1/3。

14、在可选的实施方式中，将第一溶液和第二溶液的混合溶液浸入具有第一温度的水浴中并进行紫外照射，以使混合溶液进行第一次交联反应，得到具有大孔径的三维网络凝胶中间体；关闭紫外，调节三维网络凝胶中间体的位置以使部分三维网络凝胶中间体浸入水浴中，调节水浴温度至第二温度并对所有的三维网络凝胶中间体进行紫外照射，以使三维网络凝胶中间体进行第二次交联反应；

15、其中，第一温度低于温度响应性聚合物单体的低临界转变温度，第二温度不低于温度响应性聚合物单体的低临界转变温度。

16、在可选的实施方式中，第二次交联反应中，浸入水浴中的三维网络中间体的交联温度与未浸入水浴中的三维网络凝胶中间体的交联温度之比为1:0.6至1:0.9。

17、在可选的实施方式中，温度响应性聚合物单体在第一溶液中的浓度为1mol/l-3mol/l。

18、在可选的实施方式中，温度响应性聚合物单体包括丙烯酰胺类单体。

19、在可选的实施方式中，丙烯酰胺类单体包括n-异丙基丙烯酰胺、n,n-二乙基丙烯酰和n-正丙基丙烯酰胺中的至少一种。

20、在可选的实施方式中，第二次交联的温度为30℃-55℃。

21、在可选的实施方式中，交联剂包括n,n"-亚甲基双丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种。

22、在可选的实施方式中，交联剂与温度响应性聚合物单体的摩尔比为1:5至1:20。

23、在可选的实施方式中，光引发剂包括2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮和2-羟基-4"-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的至少一种。

24、在可选的实施方式中，光引发剂为温度响应性聚合物单体的1wt％-4wt％。

25、在可选的实施方式中，第二溶液中，铁源中的fe、磷源中的p以及锂源中的li的物质的量之比为1:1:1至1:1:1.05。

26、在可选的实施方式中，第一溶液中温度响应性聚合物单体的总质量为第二溶液中铁源、磷源以及锂源的总质量的1％-10％。

27、在可选的实施方式中，铁源包括草酸亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、三氯化铁、硝酸铁和磷酸铁的至少一种。

28、在可选的实施方式中，磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠中的至少一种。

29、在可选的实施方式中，锂源包括碳酸锂、氢氧化锂和醋酸锂中的至少一种。

30、在可选的实施方式中，烧结包括：于300℃-400℃的条件下预烧结1h-5h，再于600℃-900℃的条件下煅烧6h-16h。

31、第三方面，本公开提供一种正极极片，其制备原料包括前述实施方式任一项的磷酸铁锂材料。

32、在可选的实施方式中，正极极片的压实密度不低于2.5g/cm2。

33、第四方面，本公开提供一种电池，其制备原料包括前述实施方式任一项的磷酸铁锂材料或包括前述实施方式任一项的正极极片。

34、本公开的有益效果包括：

35、本公开提出的磷酸铁锂材料，其同时含有大颗粒的磷酸铁锂和小颗粒的磷酸铁锂。在该磷酸铁锂材料的粒径分布图中，小颗粒的磷酸铁锂的峰值所对应的粒径为d1，0.1μm≤d1≤1.2μm，大颗粒的磷酸铁锂的峰值所对应的粒径为d2，2.5μm≤d2≤7μm。大颗粒的磷酸铁锂在磷酸铁锂材料中的质量百分数为30％-45％，余量为小颗粒的磷酸铁锂。

36、通过将具有上述平均粒径的大颗粒磷酸铁锂与小颗粒磷酸铁锂按照上述比例配合，有利于提高磷酸铁锂材料的振实密度和压实密度。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂材料，其特征在于，所述磷酸铁锂材料中同时含有大颗粒的磷酸铁锂和小颗粒的磷酸铁锂；

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料，其特征在于，所述大颗粒的磷酸铁锂包括大颗粒的磷酸铁锂本体以及包覆于所述大颗粒的磷酸铁锂本体表面的第一碳包覆层；和/或，所述小颗粒的磷酸铁锂包括小颗粒的磷酸铁锂本体以及包覆于所述小颗粒的磷酸铁锂本体表面的第二碳包覆层；

3.一种如权利要求1-2任一项所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一溶液和第二溶液的混合溶液进行第一次交联反应，得到具有大孔径的三维网络凝胶中间体；将所述三维网络凝胶中间体分为不同的区域以使不同区域的三维网络凝胶中间体分别于不同温度条件下进行第二次交联反应，得到同时含有大孔径和小孔径的三维网络凝胶；将所述三维网络凝胶进行干燥和烧结，得到磷酸铁锂材料；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，第一次交联的温度低于温度响应性聚合物单体的低临界转变温度，和/或，第一次交联的时间为30s-60s。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，形成小孔径的三维网络凝胶中间体区域对应的第二次交联的温度不低于所述温度响应性聚合物单体的低临界转变温度，剩余的三维网络凝胶中间体区域对应的第二次交联的温度低于所述温度响应性聚合物单体的低临界转变温度；和/或，第二次交联的时间为5min-20min；

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将第一溶液和第二溶液的混合溶液浸入具有第一温度的水浴中并进行紫外照射，以使所述混合溶液进行第一次交联反应，得到具有大孔径的三维网络凝胶中间体；关闭紫外，调节三维网络凝胶中间体的位置以使部分三维网络凝胶中间体浸入水浴中，调节水浴温度至第二温度并对所有的三维网络凝胶中间体进行紫外照射，以使三维网络凝胶中间体进行第二次交联反应；

7.根据权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二溶液中，所述铁源中的fe、所述磷源中的p以及所述锂源中的li的物质的量之比为1:1:1至1:1:1.05；

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，烧结包括：于300℃-400℃的条件下预烧结1h-5h，再于600℃-900℃的条件下煅烧6h-16h。

9.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片的制备原料包括权利要求1-2任一项所述的磷酸铁锂材料；

10.一种电池，其特征在于，所述电池的制备原料包括权利要求1-2任一项所述的磷酸铁锂材料或包括权利要求9所述的正极极片。

技术总结
本文公开了一种磷酸铁锂材料及其制备方法与应用，属于磷酸铁锂材料技术领域。该磷酸铁锂材料中含有30％‑45％大颗粒的磷酸铁锂，余量为小颗粒的磷酸铁锂。小颗粒磷酸铁锂的粒径分布峰值所对应的粒径范围为0.1μm≤D1≤1.2μm，大颗粒磷酸铁锂的粒径分布峰值所对应的粒径范围为2.5μm≤D2≤7μm。其制备方法包括：将第一溶液和第二溶液的混合溶液进行第一次交联反应，得到三维网络凝胶中间体；将三维网络凝胶中间体分为不同的区域以使不同区域的三维网络凝胶中间体分别于不同温度条件下进行第二次交联反应，得到同时含有大孔径和小孔径的三维网络凝胶；将三维网络凝胶进行干燥和烧结。该磷酸铁锂材料可用于制备电池。

技术研发人员：余海军,李长东,谢英豪,李爱霞,王涛
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