[发明专利]一种形貌可控的磷酸铁锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能二次锂电池材料领域，具体涉及一种形貌可控的磷酸铁锂以及其制备方法。

背景技术

锂离子电池用橄榄石型LiFePO₄ 正极材料因具有结构稳定、理论比容量较高、原料来源丰富、环境友好等诸多优点而成为近年来的研究热点。但是，由晶体本身结构所决定的电子电导率低及锂离子扩散系数小的缺点使其高倍率充放电时的可逆比容量降低，限制了该材料的大规模商业化应用。目前，增强LiFePO₄ 材料的导电性、提升其大电流充放电比容量的方法主要有颗粒微细化、包覆碳、掺杂金属。但在具体制作过程中，由于颗粒过细直接导致振实密度降低，影响使用。而包覆碳和掺入金属采用一般的固相法将粉末进行简单混合，存在大颗粒反应活性差，难以均匀包覆和掺杂。通常需要共沉淀法、溶胶?凝胶法等湿化学工艺在分子水平上进行均匀混合，但是会降低材料的理论容量，而且工艺复杂、能耗高、污染严重，难以得到电化学性能稳定的磷酸铁锂。

为了弥补现有对磷酸铁锂进行微细化、包覆碳、掺杂金属的不足，出现了通过控制磷酸铁锂二次成粒时的形貌来提升磷酸铁锂的电化学性能。如：纳米纤维状LiFePO₄因其直径较小，Li⁺ 离子的扩散路径也较短，从而可以使锂离子电池正极材料具有良好的电化学性能；纳米片状LiFePO₄因为可以减小纳米粒子b 轴方向的厚度来缩短Li⁺ 离子的扩散路径，优化Li⁺ 离子的嵌入/脱嵌过程；球形LiFePO₄纳米颗粒由于相互间的接触面小，不易出现团聚和架桥现象，具有界面自由能较低，体积能量密度较高，流动性能较好，振实密度高等优点；棒状LiFePO₄的电极具有较好的比放电容量，在高倍率放电下可以表现出良好的性能；甚至通过多孔化提高LiFePO₄ 的锂离子迁移效果。

中国发明专利CN102340002 B公开了一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米纤维及其制备方法，该方法采用静电纺丝技术，利用高分子作为模板，将磷酸铁锂前驱液形成直径170-250nm，长度大于100μm的纤维。

中国发明专利CN102842716 A公开了一种纳米级磷酸铁锂的制备方法，该方法将所配制的均相分散体系放入密封反应容器，将密封的反应容器进行微波加热、反应、冷却，将生成物分离，经洗涤干燥后煅烧，得到尺寸在100nm 以内的纳米级片状磷酸铁锂单晶体。

中国发明专利CN101638226B公开了一种球形磷酸铁锂的制备方法，该方法通过旋转炉旋转滚动使类球形磷酸铁锂变成正球形磷酸铁锂。它解决了现有磷酸铁锂的制备方法制成的磷酸铁锂振实密度低、导电率低的问题。

中国发明专利CN101794880B公开了一种锂离子电池用正极多孔材料的制备方法，该方法利用雾化干燥得到多孔磷酸亚铁锂，比表面积增大，孔隙度高，提高了Li+的脱嵌速率。

根据上述，通过磷酸铁锂颗粒的形貌控制可以使磷酸铁锂的晶面暴露得更多，这样有助于Li⁺ 离子的嵌入与脱嵌，从而提高其扩散系数。尤其是特殊的形貌对导电性甚至振实密度有明显提升。然而目前对于控制磷酸铁锂的形貌，不但工艺复杂，形貌控制难度大，而且得到不同形貌的磷酸铁锂的均匀度低、结晶度低，形貌特征不明显，导致电压不稳，尤其是不同批次生产的磷酸铁锂存在较大的差异。

发明内容

针对现有技术不同形貌磷酸铁锂时存在均匀度低、结晶度低、形貌特征不明显、电压不稳的缺陷，本发明提供一种形貌可控的磷酸铁锂，其特征是该磷酸铁锂的形貌可以由控制剂控制从而得到形貌特征明显的纤维状、片状、球形形貌的磷酸铁锂颗粒。进一步本发明提供形貌可控的磷酸铁锂的制备方法，该方法利用动态磨盘式螺杆反应器，通过选用不同的控制剂，抑制和减弱磷酸铁锂在不同晶面的生长速度实现磷酸铁锂形貌可控。

本发明一种形貌可控的磷酸铁锂，其特征是：由磷酸铁锂的初始原料与控制剂组成，组成的各组分按重量份计为：

磷酸铁锂初始原料     95-100份，

控制剂               0.5-1份，

热塑性淀粉           3-5份，

含氮共轭聚合物       1-3份，

加工助剂             0.2-0.5份。