[發(fā)明專利]兩步水熱法制備橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)與磷酸鐵鋰正極材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710387302.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN107275593B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊曉鋼;李光;董斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波諾丁漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): 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

本發(fā)明公開一種兩步水熱法制備橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)與磷酸鐵鋰正極材料的方法，包括：首先共沉淀法制備磷酸鐵鋰前驅(qū)體納米級(jí)一次顆粒；然后將制得的磷酸鐵鋰前驅(qū)體納米級(jí)一次顆粒在水熱反應(yīng)釜內(nèi)聚合組裝生成橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)的Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒；將二次顆粒煅燒制備橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)磷酸鐵；將橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)磷酸鐵經(jīng)碳包覆及混鋰煅燒制備磷酸鐵鋰正極材料。具有納米級(jí)磷酸鐵鋰的良好導(dǎo)電性與倍率性，又解決了納米級(jí)磷酸鐵鋰振實(shí)密度低的缺點(diǎn)。相比傳統(tǒng)共沉淀法或水熱法所得磷酸亞鐵及其正極材料顆粒，本發(fā)明制備的微米級(jí)正極材料具有孔隙率高、粒徑分布均勻、振實(shí)密度高、易于加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及采用兩種不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器兩步水熱法制備橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)(圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂)與磷酸鐵鋰正極材料的方法。

背景技術(shù)

為了解決日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題和能源緊缺問題，鋰離子電池作為一種清潔、環(huán)保的儲(chǔ)能材料已經(jīng)廣泛用于手機(jī)、電腦等便攜式設(shè)備領(lǐng)域，電動(dòng)汽車領(lǐng)域，以及其他儲(chǔ)能設(shè)備領(lǐng)域。在眾多鋰離子電池正極材料中，具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料，因鐵資源豐富、無毒、低成本，以及優(yōu)良的電化學(xué)性能和良好的循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在鋰離子電池的發(fā)展中占有越來越重要地位。但是，磷酸鐵鋰正極材料的理論放電容量為170mAh g^-1,而實(shí)際放電容量一般只有110mAh g^-1,這是由于較低的電子電導(dǎo)率(10^-10～10^-9S/cm)、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(1.8×10^-14cm²/S)等缺點(diǎn)所造成的，這些缺點(diǎn)也一直嚴(yán)重制約著磷酸鐵鋰正極材料在現(xiàn)實(shí)生活與生產(chǎn)中的應(yīng)用。制備納米級(jí)磷酸鐵鋰可以有效解決磷酸鐵鋰正極材料低電子電導(dǎo)率的缺點(diǎn)，但是同時(shí)導(dǎo)致了正極材料低震實(shí)密度、低能量密度的缺點(diǎn)。因此，具有微納多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰可以滿足鋰離子電池高能量密度、高倍率性能的工業(yè)需求。

相比于傳統(tǒng)水熱法制備磷酸鐵前驅(qū)體和磷酸鐵鋰的方法，使用兩步水熱法制備具有微納多孔結(jié)構(gòu)的橢圓狀磷酸鐵鋰具有反應(yīng)時(shí)間短、成本低、工藝簡單等優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種兩步水熱法制備橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)與磷酸鐵鋰正極材料的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種兩步水熱法制備橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)及磷酸鐵鋰正極材料的方法，包括：首先共沉淀法制備磷酸鐵鋰前驅(qū)體納米級(jí)一次顆粒；然后將制得的磷酸鐵鋰前驅(qū)體納米級(jí)一次顆粒在水熱反應(yīng)釜內(nèi)聚合組裝生成橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)的Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒；將橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)的Fe₂(NH₄)(OH)(PO₄)₂(H₂O)₂二次顆粒煅燒制備橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)磷酸鐵；將橢圓形微/納多孔結(jié)構(gòu)磷酸鐵經(jīng)碳包覆及混鋰煅燒制備磷酸鐵鋰正極材料。

本發(fā)明上述的磷酸鐵鋰前驅(qū)體納米級(jí)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(qū)體納米級(jí)一次顆粒

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