[发明专利]无定形纳米球形活性磷酸铁水合物及其制备方法和应用

说明书

无定形纳米球形活性磷酸铁水合物及其制备方法和应用，所述无定形纳米球形活性磷酸铁水合物的制备方法包括以下步骤：（1）制备缓释剂溶液1；（2）制备表面活性剂溶液2；（3）混合缓释剂溶液1和表面活性剂溶液2，得溶液A；（4）制备九水硝酸铁溶液；（5）将九水硝酸铁溶液滴加到溶液A中，制得溶液B；（6）往溶液B中加入磷酸溶液，制得溶液C；（7）将溶液C转入聚四氟乙烯内胆反应釜中水热反应，冷却后分离并干燥得到白色粉末，即为无定形纳米球形活性磷酸铁水合物。该方法制备过程反应时间短、产物粒径小且均匀，通过该方法制备的磷酸铁水合物锂化得到的磷酸铁锂振实密度较大，最终得到的电池产品具有良好的高倍率充放电性能。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料技术领域，特别涉及一种无定形纳米球形活性磷酸铁水合物及其制备方法和应用。

背景技术

磷酸铁锂电池因其安全稳定、原料便宜且储量丰富得到广泛应用，但同时因其电导率相对较低，应用范围受到一定影响。为提高电导率，通常需要合成纳米级磷酸铁锂，但将材料做至纳米级后，材料的振实密度有所降低，从而使最终电池产品的能量密度降低（也就是说，要想提高电导率，就需要将材料粒径做得更小，而粒径做小将导致振实密度降低，从而导致能量密度降低）。目前在LiFePO₄的合成中，为保证产品质量，往往采用价格昂贵的二价铁(常用二价铁原料：FeSO₄；FeCl₂；NH₄FeSO₄)，使生产成本增加。此外，生产中为简化工序，降低成本，采用“一步法”（即一次合成LiFePO₄）合成LiFePO₄,比“二步法”（先合成FePO₄,再合成LiFePO₄）合成的材料的性能稍差些。其他合成方法，如微波法，其性能相对较差，设备较贵；使用碳纳米管，性能较好，但成本较高，且难以工业化生产。

专利号为“201410316789.1”的中国发明专利公开了一种3D 微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，其使用廉价的三价铁源，结合表面活性剂，合成了具有特殊电化学活性的“3D 微纳结构”磷酸铁材料。该材料能极好地为后期锂化后得到的LiFePO₄电极材料提供结构基础，克服了以往材料中纳米材料振实密度较低、微米材料电化学性能不好的缺点，锂化后得到的 LiFePO₄ 正极材料同时具有良好的高倍率充放电性能和较好的振实密度。然而该方法需在100℃水浴条件下反应 2 天（或 150-200℃油浴条件下反应 2 - 8 小时，油浴反应过快，得到的球形磷酸铁粒度均匀性稍差且平均粒径比水浴略大一些），并且上述专利中由纳米片形成的球形磷酸铁（磷酸铁水合物）平均粒径为 1.5μm，反应时间偏长在一定程度上限制了该方法的工业应用。若能在保证同样振实密度的前提下，缩小球形磷酸铁（磷酸铁水合物）粒径并缩短反应时间，这对于该方法的实际工业应用将具有突破性意义。

参考文献：

1. L. Wang, G.C. Liang, X.Q. Ou, X.K. Zhi, J.P. Zhang, J.Y.Cui.Effect of synthesis temperature on the properties of LiFePO₄/C compositesprepared by carbothermal reduction.Journal of Power Sources. 2009,189,423-428。

2. Bing Zhao, Yong Jiang, Haijiao Zhang, Haihua Tao, Mingyang Zhong,Zheng Jiao. Morphology and electrical properties of carbon coated LiFePO₄cathode materials. Journal of Power Sources. 2009,189,462-466。