[发明专利]一种三维有序球形磷酸铁锂材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维有序球形磷酸铁锂材料的制备方法，采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯胶体晶体，然后制备磷酸铁锂前驱体溶胶，最后将磷酸铁锂前驱体溶胶逐滴滴入聚苯乙烯胶体晶体上，待磷酸铁锂前驱体溶胶润湿整个聚苯乙烯胶体晶体后置于空气气流下干燥过夜，然后通过烧结、自然冷却得到三维有序球形磷酸铁锂材料。本发明通过控制无皂乳液聚合法聚合反应时间、体系离子强度和离子共聚体的浓度来调节聚苯乙烯胶体晶体的球径。制备的三维有序球形磷酸铁锂材料，能最大化的保留球形结构的完整性与均一性，同时可以根据聚苯乙烯微球球径的大小来调节磷酸铁锂粒径的大小，所制备出的磷酸铁锂材料不但具有一般球形材料的比表面积大、空隙率高等特点。

技术领域

本发明涉及新能源材料和化学电池领域，具体是一种三维有序球形磷酸铁锂材料的制备方法。

背景技术

Goodenough等在1997年发现橄榄石结构的LiFePO4在电势值3.4V(vs.Li+/Li)下能可逆的嵌脱锂离子后，由于其合成成本低、无毒、安全稳定性好等优点，成为了目前锂离子电池广泛使用的正极材料。电池级磷酸铁锂常采用高温固相法、水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等方法来进行制备与研究，磷酸铁锂在充电过程中形成的磷酸铁相，在放电过程中两相重新进行转化。2019年以来，伴随着新能源汽车补贴持续退坡，磷酸铁锂电池的成本优势逐渐显现，由于磷酸铁锂正极材料不含钴等稀有金属，凭借成本优势，在客车及专用车市场占据绝对主导，2019Q4磷酸铁锂正极材料价格仅4.3万元/吨，而三元523正极价格为13.8万元/吨。随着磷酸铁锂价格持续走低，5G基站电源、低速车等非动力类需求得到激活，拉动了磷酸铁锂材料的需求，2019年磷酸铁锂电池客车、专用车装机量分别为13.9、4.3GWh，占整体装机比例的91.3％，根据工信部2020年第一批推荐目录乘用车的情况显示，搭载磷酸铁锂的乘用车车型占比18％，较2019年全年7.8％的占比有较大幅度提升。近几年来，磷酸铁锂在动力领域被三元挤压严重，而随着补贴逐步退坡，补贴本身对新能源车及动力电池市场边际影响减弱，安全、成本、循环次数、稳定性等越发重要。现阶段磷酸铁锂具备成本优势，在成本敏感的市场存在生存空间，叠加新技术方案提升性能短板，磷酸铁锂在乘用车市场回升是大趋势，未来磷酸铁锂产业链需求有望回暖，供需格局将得到改善。

3DOM材料由于具有宽阔的孔道、较高的孔体积等优点，在新型催化，吸附和分离材料方面有广阔的应用前景。早期的多孔材料大多是由发泡法和取代法制备的，但是这些方法制备的多孔材料孔径不一，孔型也不一致，因而限制了其应用。胶体晶体的发展为3DOM材料的制备提供了一种新的途径。由于胶体晶体模板法方法简单，并且结构可控，因而成为目前制备3DOM材料的主要方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三维有序球形磷酸铁锂材料的制备方法，可提高磷酸铁锂电池的电化学性能。

本发明的技术方案为：

一种三维有序球形磷酸铁锂材料的制备方法，具体包括有以下步骤：

(1)、无皂乳液聚合：在去离子水中加入一定量的碳酸氢钾和苯乙烯磺酸钠，充分搅拌使其完全溶解，然后再加入一定量的苯乙烯单体，在氮气保护下搅拌回流，溶液加热到72℃后，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，滴加完后于密闭系统进行聚合反应，得到聚苯乙烯胶体晶体；

(2)、磷酸铁锂前驱体溶胶制备：室温下，将一定量的铁醇盐和磷酸二氢锂在超声和搅拌下依次加至无水乙醇中，并持续进行超声和搅拌,然后向其中缓慢地加入去离子水，然后干燥，得到磷酸铁锂前驱体溶胶；

(3)、将磷酸铁锂前驱体溶胶逐滴滴入聚苯乙烯胶体晶体上，待磷酸铁锂前驱体溶胶润湿整个聚苯乙烯胶体晶体后置于空气气流下干燥过夜，然后通过烧结除去有机相聚苯乙烯胶体晶体，最后自然冷却得到三维有序球形磷酸铁锂材料。

所述的碳酸氢钾和苯乙烯磺酸钠的质量比为(2-5):(0.3-0.5)。