[发明专利]磷酸铁锂二次结构及其制备方法以及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂及其制备方法，以及锂离子电池，尤其涉及一种具有二次结构的磷酸铁锂及其制备方法，以及锂离子电池。

背景技术

橄榄石型磷酸铁锂作为一种具有较好安全性，价格低廉且对环境友好的锂离子电池正极活性材料一直受到人们极大关注。然而磷酸铁锂的不足之处是它的导电性较差且锂离子扩散速度慢。现有的用于提高磷酸铁锂导电性的方法主要是通过碳材料包覆磷酸铁锂及采用金属离子对磷酸铁锂进行掺杂。在提高锂离子扩散速度方面，人们尝试将磷酸铁锂纳米化，以缩短锂离子的扩散通道。现有的制备纳米级磷酸铁锂的方法主要是采用水热或溶剂热的方法，在不同的反应条件下制备出纳米球、纳米板或纳米线等各种形状的磷酸铁锂纳米颗粒。

然而，纳米级磷酸铁锂在直接使用时有其自身的缺点和问题，例如纳米级磷酸铁锂的堆积密度较低，且在制作电极片时需要使用较多的导电剂和粘结剂，使电池的容量体积比受到限制。另外，采用纳米级磷酸铁锂颗粒由于表面积较大，在制备电极浆料和电极片的涂膜时也存在困难，不易形成较为均匀的电极片。

虽然现有技术中也有将该纳米级磷酸铁锂颗粒作为一次颗粒，采用喷雾干燥等二次造型方法，制备出由大量磷酸铁锂一次颗粒组成的二次球形颗粒，然而这种方法较为复杂，增加了一系列工艺步骤和条件，使生产成本大幅度提高。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单的制备磷酸铁锂二次结构的方法，以及采用该方法制备的磷酸铁锂二次结构，以及采用该磷酸铁锂二次结构制备的锂离子电池。

一种磷酸铁锂二次结构的制备方法，其包括：分别提供锂源溶液、亚铁源溶液及磷源溶液，该锂源溶液、亚铁源溶液及磷源溶液中的溶剂均为有机溶剂，且该锂源溶液中锂离子的浓度大于或等于1.8mol/L；将该磷源溶液与该亚铁源溶液先进行混合形成一第一溶液，再将该锂源溶液加入该第一溶液中，形成一第二溶液；以及将该第二溶液在溶剂热反应釜中加热进行反应。

一种磷酸铁锂二次结构球体颗粒的制备方法，其包括：分别提供锂源溶液、亚铁源溶液及磷源溶液，该锂源溶液、亚铁源溶液及磷源溶液中的溶剂均为有机溶剂，且该锂源溶液中锂离子的浓度大于或等于1.8mol/L；将该锂源溶液与该亚铁源溶液先进行混合形成一第三溶液，再将该磷源溶液加入该第三溶液中，形成一第四溶液；以及将该第四溶液在溶剂热反应釜中加热进行反应。

一种磷酸铁锂二次结构，该磷酸铁锂二次结构的材料为磷酸铁锂，该磷酸铁锂二次结构整体为球体结构，并包括多个堆叠的磷酸铁锂纳米片，该多个磷酸铁锂纳米片共同组成该球体结构。

一种磷酸铁锂二次结构，该磷酸铁锂二次结构为由多个磷酸铁锂纳米片共同组成的一球体结构，该多个磷酸铁锂纳米片堆叠设置且从该球体结构中心向外呈放射状。

一种锂离子电池，其包括正极，该正极包括上述的磷酸铁锂二次结构。

相较于现有技术，本发明提供了一种制备具有球体形状的磷酸铁锂二次结构的制备方法。该方法无需后续的喷雾干燥过程，通过控制锂离子的加入浓度，采用溶剂热的方法即可直接制得该磷酸铁锂二次结构。该磷酸铁锂二次结构由多个磷酸铁锂纳米片构成，由于该磷酸铁锂纳米片具有纳米级厚度，可以缩短锂离子的扩散路径。同时，该多个磷酸铁锂纳米片形成了球体形状的二次结构，提高了堆积密度，且在制备电极浆料和电极片的涂膜时易于制浆和成膜，可以形成较为均匀的电极片。

附图说明

图1为本发明实施例磷酸铁锂二次结构的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例1的磷酸铁锂二次结构的XRD图谱。

图3a-3d为本发明实施例1的磷酸铁锂二次结构的扫描电镜照片。

图4a-4b为本发明对比例1-1的磷酸铁锂的扫描电镜照片。

图5a-5b为本发明对比例1-2的磷酸铁锂的扫描电镜照片。

图6a-6c为本发明实施例2的磷酸铁锂二次结构的扫描电镜照片。

图7a-7b为本发明对比例2-2的磷酸铁锂的扫描电镜照片。

图8a-8b为本发明实施例3的磷酸铁锂二次结构的扫描电镜照片。

图9a-9b为本发明对比例3-1的磷酸铁锂的扫描电镜照片。

图10为本发明对比例3-2的磷酸铁锂的扫描电镜照片。

图11为本发明对比例4的磷酸铁锂二次结构的扫描电镜照片。

图12为本发明实施例的磷酸铁锂二次结构的高分辨率透射电镜的电子衍射斑点。

图13为本发明实施例的磷酸铁锂二次结构的透射电镜照片。