[發明專利]一種原位生長磷酸鐵鋰晶須的制備方法及用途

有效

• 申請號: 201911328226.3
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN110931787B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 危鈺;王張健;楊順毅;席小兵;黃友元
• 申請（專利權）人: 貝特瑞（天津）納米材料制造有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;C01B25/45;C01B25/37
• 代理公司: 天津企興智財知識產權代理有限公司 12226
• 代理人: 陳雅潔

本發明提供了一種原位生長磷酸鐵鋰晶須的制備方法及用途；所述方法包括以下步驟：1)向磷酸鐵中加入稀鹽酸溶液，完全溶解磷酸鐵后制得磷酸鐵的鹽酸稀釋液；2)再將磷酸鐵鋰浸入磷酸鐵的鹽酸稀釋液中浸漬，隨后冷凍干燥；3)將冷凍干燥好的磷酸鐵鋰放入氮氣和/或氬氣條件下低溫燒結；4)將低溫燒結燒結后的磷酸鐵鋰浸入配置好的可溶性鋰鹽溶液中浸漬，隨后冷凍干燥，得到前驅體；5)前驅體在氮氣和/或氬氣條件下補碳源高溫燒結，即可在現有磷酸鐵鋰顆粒上生長出密集且均勻分布的針狀磷酸鐵鋰晶須。晶須長度范圍為0.1?10um，直徑范圍為10?100nm。本發明解決了在不破壞磷酸鐵鋰材料原本結構的情況下原位生長磷酸鐵鋰晶須難的問題，顯著改善材料循環穩定性。

技術領域

本發明屬于儲能材料技術領域，尤其是涉及一種原位生長磷酸鐵鋰晶須的制備方法及用途。

背景技術

隨著人類社會的不斷發展，環境問題日益凸顯，伴隨著國家新能源戰略的興起，鋰離子電池作為一種清潔能源，因體積小、能量密度高及安全環保等優勢，從上世紀90年代初發展至今，已經得到了廣泛的應用。

磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料具有原料來源廣、價格低廉、材料熱穩定性好、電壓平臺高、循環壽命長、無毒無害和安全性高等優勢，使其從眾多正極材料中脫穎而出，成為目前動力形和儲能形鋰離子電池正極材料的首選。

但是其循環穩定性能有待提高，如何提高其循環穩定性能，成為亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種原位生長磷酸鐵鋰晶須的制備方法及用途，以克服現有技術的不足，本發明通過冷凍干燥結合低溫燒結過程可以使浸入磷酸鐵鋰顆粒中的粒子達到均勻分布和形成晶須生長環境的效果，再經過高溫氮氣和/或氬氣熱處理后，這些粒子通過自組裝結晶，定向外延生長，最終生成密集且均勻分布在磷酸鐵鋰顆粒表面的晶須，增大了與電解液的浸潤效果，從而改善材料循環穩定性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種原位生長磷酸鐵鋰晶須的制備方法，包括如下步驟，

(1)向磷酸鐵中加入稀鹽酸溶液，完全溶解磷酸鐵后制得磷酸鐵的鹽酸稀釋液；

(2)將磷酸鐵鋰浸入到步驟(1)得到的磷酸鐵的鹽酸稀釋液中浸漬一段時間，隨后冷凍干燥；

(3)將步驟(2)得到的冷凍干燥后的磷酸鐵鋰放入氮氣和/或氬氣條件下低溫燒結；

(4)將步驟(3)中低溫燒結后的磷酸鐵鋰浸入可溶性鋰鹽溶液中浸漬一段時間，隨后冷凍干燥，得到前驅體；

(5)將步驟(4)得到的前驅體在氮氣和/或氬氣條件下高溫燒結，即可在現有磷酸鐵鋰顆粒上生長出密集且均勻分布的針狀磷酸鐵鋰晶須。

本發明提供的制備方法中，在步驟(2)的一次浸漬階段完成后，即采用冷凍干燥，給后續晶須生長提高成核和定向生長環境；通過在步驟(3)中加入低溫燒結，促使表面磷酸鐵結晶生長，為步驟(5)中的磷酸鐵鋰晶須提供成核并生長的環境，改善材料的循環性能。

以下作為本發明優選的技術方案，但不作為對本發明提供的技術方案的限制，通過以下優選的技術方案，可以更好的達到和實現本發明的技術目的和有益效果。

優選的，步驟(1)中，稀鹽酸溶液的濃度為0.001～0.005mol/L，例如0.001mol/L、0.002mol/L、0.0025mol/L、0.003mol/L、0.004mol/L或0.005mol/L等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用；

完全溶解后的溶液中，磷酸鐵的濃度為0.1～0.2mol/L。例如0.1mol/L、0.12mol/L、0.13mol/L、0.15mol/L、0.18mol/L、0.2mol/L等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。