[发明专利]合成类球形多孔结构磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法

说明书

本发明公开一种合成类球形多孔结构磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：包括制备微米级磷酸铁前驱体颗粒；持续搅拌的同时，通过控制反应液pH和进料速率，在原有微米级磷酸铁前驱体颗粒上继续生长磷酸铁与氢氧化铁的混合物，再通过降低pH，将氢氧化铁溶解，生成类球形多孔结构磷酸铁前驱体；具有类球形多孔结构磷酸铁前驱体颗粒经碳包覆及混锂煅烧制备磷酸铁锂正极材料。具有多孔隙、提高了比表面积、增大电解液与正极材料的接触面积，解决了微米级磷酸铁锂颗粒导电性与倍率性差的缺点，同时保留了较高的振实密度，且成本低、工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及采用控制溶液pH与调节进料速率来控制磷酸铁的合成反应过程，从而合成类球形多孔结构磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法。

背景技术

具有橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料，因铁资源丰富、无毒、低成本，以及优良的电化学性能和良好的循环性能等优点，已经在锂离子电池的发展中占有越来越重要的地位，并作为储能设备正极材料广泛应用于手机、电脑等便携式设备领域，电动汽车领域，以及其他储能设备领域。但是其自身的缺点，包括较低的电子电导率(10-10～10-9S/cm)和锂离子扩散系数(1.8×10-14cm2/S)，一直严重制约着磷酸铁锂正极材料在现实生活与生产中的应用。制备微米级多孔磷酸铁锂可以提高其比表面积和孔隙率，从而增大电解液与正极材料的接触面积，在保证较高震实密度的情况下，改善电化学性能。因此，具有微米级多孔结构的磷酸铁锂可以满足锂离子电池高能量密度、高倍率性能的工业需求。

相比于传统共沉淀法制备磷酸铁前驱体和磷酸铁锂的方法，使用控制溶液pH与调节进料速率来合成类球形多孔结构磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的新方法具有成本低、工艺简单等优势。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种具有多孔隙的特点，提高了比表面积，增大了电解液与正极材料的接触面积，解决了微米级磷酸铁锂颗粒导电性与倍率性差的缺点，同时保留了较高的振实密度，且成本低、工艺简单的通过控制溶液pH与调节进料速率从而合成类球形多孔结构磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种合成类球形多孔结构磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法：在连续搅拌反应釜中制备微米级类球形磷酸铁前驱体一次颗粒；持续搅拌的同时，通过控制反应液pH和进料速率，在原有微米级磷酸铁前驱体颗粒上继续生长磷酸铁与氢氧化铁的混合物，再通过降低pH，将氢氧化铁溶解，生成类球形多孔结构磷酸铁前驱体；具有类球形多孔结构磷酸铁前驱体颗粒经碳包覆及混锂煅烧制备磷酸铁锂正极材料。

本发明上述的合成类球形多孔结构磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其中制备微米级类球形磷酸铁前驱体一次颗粒，具体的：

(1)共沉淀法制备磷酸铁前驱体颗粒

(1.1)称取适量含磷酸根离子的化合物和三价铁盐分别溶于去离子水总能，分别配置成0.1mol/L～3mol/L含磷酸根离子化合物的溶液和0.1mol/L～3mol/L三价铁盐溶液(含三价铁离子的盐溶液)；将25-28％(氨NH3的质量百分比浓度)的浓氨水稀释配置成0.1mol/L～3mol/L的稀氨水；

(1.2)采用蠕动泵或计量泵将含磷酸根离子的溶液和含三价铁离子的盐溶液注入连续搅拌釜中，确保磷酸根与铁离子的摩尔比为0.98～1.02：1；

(1.3)磷酸根离子与三价铁离子在连续搅拌釜中混合并反应生成磷酸铁前驱体颗粒(微米级磷酸铁一次颗粒)。

本发明上述步骤(1.1)0.1mol/L～3mol/L含磷酸根离子的溶液和0.1mol/L～3mol/L三价铁盐溶液均是指的含磷酸根离子的化合物或者三价铁盐在溶液中的摩尔浓度。

本发明步骤(1.1)中所述的三价铁盐，如硝酸铁，氯化铁中的一种或几种。