[發明專利]兩步水熱法制備橢圓形微/納多孔結構物質與磷酸鐵鋰正極材料的方法

有效

• 申請號: 201710387302.2
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107275593B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 楊曉鋼;李光;董斌
• 申請（專利權）人: 寧波諾丁漢大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 沈春紅

1.一種兩步水熱法制備磷酸鐵鋰正極材料的方法，其特征在于：包括：首先共沉淀法制備磷酸鐵鋰前驅體納米級一次顆粒；然后將制得的磷酸鐵鋰前驅體納米級一次顆粒在水熱反應釜內聚合組裝生成橢圓形微/納多孔結構的Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒；將橢圓形微/納多孔結構的Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒煅燒制備橢圓形微/納多孔結構磷酸鐵；將橢圓形微/納多孔結構磷酸鐵經碳包覆及混鋰煅燒制備磷酸鐵鋰正極材料；

所述的磷酸鐵鋰前驅體納米級一次顆粒，其具體的制備過程包括：

（1）共沉淀法制備磷酸鐵鋰前驅體納米級一次顆粒

（1.1）稱取含磷酸根的化合物和三價鐵鹽分別溶于去離子水中，分別配置成濃度為0.1 mol/L ~ 3 mol/L 的含磷酸根的化合物溶液和0.1 mol/L ~ 3 mol/L 的三價鐵鹽溶液；

（1.2）采用蠕動泵或計量泵將含磷酸根的化合物溶液和含三價鐵鹽溶液注入第一反應器中，確保磷酸根與鐵離子的摩爾比為0.98~1.02：1；(1.2)中所述的第一反應器為具有高強度微觀混合能力、實現爆發式成核的特性，超聲波強化撞擊流反應器、利用超聲波與撞擊流強化反應物混合；

（1.3）磷酸根離子與三價鐵離子在第一反應器內快速混合和反應，并爆發成核，生成納米級磷酸鐵一次顆粒；

所述橢圓形微/納多孔結構的Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒和橢圓形微/納多孔結構磷酸鐵，具體的制備過程包括：

（2）水熱法制備具有橢圓形微/納多孔結構的Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒，并煅燒制備橢圓形微/納多孔結構磷酸鐵

（2.1）將前述步驟所制的含磷酸鐵鋰前驅體納米級一次顆粒的母液加入水熱反應釜中，加熱至150-300攝氏度，反應2-20小時后結束；然后洗滌過濾得到固體粉末，固體粉末置于80-120^oC的干燥箱中烘干12小時，經研磨粉碎獲得橢圓形微/納多孔結構的 Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒；

（2.2）將Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒放入馬弗爐內，于空氣中在500-750攝氏度下煅燒6-20小時，得到橢圓形微/納多孔結構磷酸鐵；

所述的磷酸鐵鋰正極材料，其具體的制備過程包括：

（3）經碳包覆及混鋰煅燒制備磷酸鐵鋰正極材料

（3.1）將橢圓形微/納多孔結構磷酸鐵、鋰源按照1 mol FePO4：1-1.05 mol Li的比例混合，然后再加入質量分數為5-20 wt%的碳源，得到的混合物在行星式球磨機中以200-800rpm的轉速球磨2-10小時，球磨后的混合物置于氮氣氣氛中于600-800℃高溫煅燒6-8小時，得到磷酸鐵鋰。

2.根據權利要求1所述的兩步水熱法制備磷酸鐵鋰正極材料的方法，其特征在于：所述的步驟（1.1）還包括將NH₃的質量百分濃度為25-28%的濃氨水稀釋配置成0.1 mol/L ~ 3mol/L的稀氨水。

3.根據權利要求2所述的兩步水熱法制備磷酸鐵鋰正極材料的方法，其特征在于：所述的步驟（1.2）中還包括在第一反應器中加入0.1 mol/L ~ 3 mol/L的稀氨水，調節反應物料的pH為1.5~2.2。