[發(fā)明專利]一種磷酸鐵鋰納米晶體的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110314526.3
• 申請日: 2011-10-09
• 公開（公告）號: CN103035910A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷峰;谷俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 谷峰;谷俊杰
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磷酸鐵鋰制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰(LiFePO₄)是一種電極材料，其安全性能好、循環(huán)壽命長、原材料來源廣泛、無環(huán)境污染等顯著優(yōu)點(diǎn)，作為電動汽車用動力電池已成業(yè)界共識。但隨著技術(shù)的不斷突破，動力鋰離子電池應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，磷酸鐵鋰和三元材料由于其優(yōu)異的綜合性能，其市場份額將不斷增加，成為未來鋰離子電池正極材料的發(fā)展方向。

已經(jīng)公布了很多關(guān)于磷酸鐵鋰制備方法的專利，主要集中在涉及利用固相反應(yīng)(合成)法制備用作鋰離子二次電池的正極材料的磷酸鐵鋰或者磷酸鐵鋰前驅(qū)體的方法，重點(diǎn)在于材料配比以及制備工藝的調(diào)整或優(yōu)化、簡化等，從而提高磷酸鐵鋰或者磷酸鐵鋰前驅(qū)體的性能，包括加工性能、體積比率、充/放電性能等。

這些方法多利用高溫固相反應(yīng)，先天性生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品均勻度差。如何以連續(xù)流動的生產(chǎn)方式生產(chǎn)磷酸鐵鋰一直是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

水熱合成用于微晶制造，均一性好、晶粒小且均勻。研究者嘗試用水熱法來合成磷酸鐵鋰，例如：CN101047241、CN101117216和CN101121509均揭示了采用間歇法水熱合成磷酸鐵鋰的方法。為提高效率，CN101016150A公布了連續(xù)水熱合成法。該專利采用連續(xù)超(亞)臨界水熱合成技術(shù)，利用超臨界流體的快速傳質(zhì)、晶化原理制備出納米級磷酸鐵鋰顆粒，并可在此基礎(chǔ)上通過添加導(dǎo)電材料如金屬離子制備出性能更優(yōu)的電極材料。但其流程復(fù)雜，特別是納米顆粒的旋風(fēng)分離難以實(shí)現(xiàn)。

專利CN101695407A公開了利用超臨界乙醇為溶劑的磷酸鐵鋰晶體的制備方法。反應(yīng)物在乙醇溶劑中僅微溶，進(jìn)入反應(yīng)器前的固液漿料增加了操作難度，不易工程實(shí)施。

專利申請201010159844.2也公開了一種超/亞臨界水熱過程制備動力型鋰離子電池的方法。其“水熱晶化”反應(yīng)得到的產(chǎn)物尚有大顆粒存在，需要進(jìn)一步過濾去除，也影響產(chǎn)品的均勻度。

本領(lǐng)域中仍需要開發(fā)易于工程實(shí)施，并具有均勻尺寸的磷酸鐵鋰納米晶體的制備方法，特別是能夠以高效大規(guī)模連續(xù)方式制備高性能低成本的磷酸鐵鋰納米晶體的方法。

發(fā)明概述

第一方面，本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰納米晶體的制備方法，該方法包括：使包含鋰源、磷源、亞鐵源和水的混合物從亞臨界水狀態(tài)轉(zhuǎn)變到超臨界水狀態(tài)，以產(chǎn)生包含磷酸鐵鋰納米晶體的懸浮物，其中所述亞臨界水狀態(tài)是指這樣的狀態(tài)：溫度為150℃～374℃，壓力高于水的臨界壓力22.1MPa；所述超臨界水狀態(tài)是指這樣的狀態(tài)：溫度高于水的臨界溫度374℃且壓力高于水的臨界壓力22.1MPa。

其中本發(fā)明的方法以間歇方式或連續(xù)方式進(jìn)行，優(yōu)選以連續(xù)方式進(jìn)行。

第二方面，本發(fā)明涉及一種包含磷酸鐵鋰納米晶體、單質(zhì)鐵納米包覆層和/或單質(zhì)碳納米包覆層的粉末產(chǎn)品，其中所述磷酸鐵鋰納米晶體的粒徑為20～200nm，所述單質(zhì)鐵納米包覆層的平均厚度為5～20nm，和所述單質(zhì)碳納米包覆層的平均厚度為5～20nm。其中對單質(zhì)鐵納米包覆層和單質(zhì)碳納米包覆層的包覆順序沒有限制。

附圖簡述

圖1是本發(fā)明的方法的示例性流程圖。

附圖僅僅是示例性的，不打算以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

發(fā)明詳述

在本發(fā)明的方法中，首先制備包含鋰源、磷源、亞鐵源和水的混合物。其中所述鋰源為鋰鹽或氫氧化鋰、所述磷源為磷酸或磷酸鹽、所述亞鐵源為亞鐵鹽，其中以元素計(jì)，Li∶P∶Fe的摩爾比為1∶1∶1～3∶1∶1。所述鋰源、磷源以及亞鐵鹽優(yōu)選能溶于水。能夠以任何順序?qū)囋础⒘自础嗚F源和水配制成混合物。

然后，將所述混合物加熱加壓至亞臨界水狀態(tài)，其中所述亞臨界水狀態(tài)是指這樣的狀態(tài)：溫度為150℃～374℃，壓力高于水的臨界壓力22.1MPa。在此亞臨界水狀態(tài)下，水仍處于液態(tài)，其仍有相當(dāng)大的極性，故對于無機(jī)鹽類仍有相當(dāng)大的溶解度。