[发明专利]一种磷酸铁锂纳米晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磷酸铁锂制备领域。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)是一种电极材料，其安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等显著优点，作为电动汽车用动力电池已成业界共识。但随着技术的不断突破，动力锂离子电池应用范围的不断扩大，磷酸铁锂和三元材料由于其优异的综合性能，其市场份额将不断增加，成为未来锂离子电池正极材料的发展方向。

已经公布了很多关于磷酸铁锂制备方法的专利，主要集中在涉及利用固相反应(合成)法制备用作锂离子二次电池的正极材料的磷酸铁锂或者磷酸铁锂前驱体的方法，重点在于材料配比以及制备工艺的调整或优化、简化等，从而提高磷酸铁锂或者磷酸铁锂前驱体的性能，包括加工性能、体积比率、充/放电性能等。

这些方法多利用高温固相反应，先天性生产效率低，产品均匀度差。如何以连续流动的生产方式生产磷酸铁锂一直是研究人员关注的焦点。

水热合成用于微晶制造，均一性好、晶粒小且均匀。研究者尝试用水热法来合成磷酸铁锂，例如：CN101047241、CN101117216和CN101121509均揭示了采用间歇法水热合成磷酸铁锂的方法。为提高效率，CN101016150A公布了连续水热合成法。该专利采用连续超(亚)临界水热合成技术，利用超临界流体的快速传质、晶化原理制备出纳米级磷酸铁锂颗粒，并可在此基础上通过添加导电材料如金属离子制备出性能更优的电极材料。但其流程复杂，特别是纳米颗粒的旋风分离难以实现。

专利CN101695407A公开了利用超临界乙醇为溶剂的磷酸铁锂晶体的制备方法。反应物在乙醇溶剂中仅微溶，进入反应器前的固液浆料增加了操作难度，不易工程实施。

专利申请201010159844.2也公开了一种超/亚临界水热过程制备动力型锂离子电池的方法。其“水热晶化”反应得到的产物尚有大颗粒存在，需要进一步过滤去除，也影响产品的均匀度。

本领域中仍需要开发易于工程实施，并具有均匀尺寸的磷酸铁锂纳米晶体的制备方法，特别是能够以高效大规模连续方式制备高性能低成本的磷酸铁锂纳米晶体的方法。

发明概述

第一方面，本发明涉及一种磷酸铁锂纳米晶体的制备方法，该方法包括：使包含锂源、磷源、亚铁源和水的混合物从亚临界水状态转变到超临界水状态，以产生包含磷酸铁锂纳米晶体的悬浮物，其中所述亚临界水状态是指这样的状态：温度为150℃～374℃，压力高于水的临界压力22.1MPa；所述超临界水状态是指这样的状态：温度高于水的临界温度374℃且压力高于水的临界压力22.1MPa。

其中本发明的方法以间歇方式或连续方式进行，优选以连续方式进行。

第二方面，本发明涉及一种包含磷酸铁锂纳米晶体、单质铁纳米包覆层和/或单质碳纳米包覆层的粉末产品，其中所述磷酸铁锂纳米晶体的粒径为20～200nm，所述单质铁纳米包覆层的平均厚度为5～20nm，和所述单质碳纳米包覆层的平均厚度为5～20nm。其中对单质铁纳米包覆层和单质碳纳米包覆层的包覆顺序没有限制。

附图简述

图1是本发明的方法的示例性流程图。

附图仅仅是示例性的，不打算以任何方式限制本发明的范围。

发明详述

在本发明的方法中，首先制备包含锂源、磷源、亚铁源和水的混合物。其中所述锂源为锂盐或氢氧化锂、所述磷源为磷酸或磷酸盐、所述亚铁源为亚铁盐，其中以元素计，Li∶P∶Fe的摩尔比为1∶1∶1～3∶1∶1。所述锂源、磷源以及亚铁盐优选能溶于水。能够以任何顺序将锂源、磷源、亚铁源和水配制成混合物。

然后，将所述混合物加热加压至亚临界水状态，其中所述亚临界水状态是指这样的状态：温度为150℃～374℃，压力高于水的临界压力22.1MPa。在此亚临界水状态下，水仍处于液态，其仍有相当大的极性，故对于无机盐类仍有相当大的溶解度。