[发明专利]一种金属磷酸盐的制备方法及应用

说明书

本发明属于锂电池新能源材料技术领域，提供一种金属磷酸盐的制备方法及应用，该方法是将可溶性金属盐的溶液与磷酸盐溶液混合，调节混合溶液酸度至一定酸度范围，然后将混合溶液倒入至反应容器中升温反应沉淀，使金属磷酸盐沉淀析出，过滤并进一步处理获得的金属磷酸盐沉淀，即得金属磷酸盐。本发明的制备方法操作简单，金属磷酸盐产品成分可调，而且金属磷酸盐结晶度高，是制备能源正极材料原料的一种普适性方法。

技术领域

本发明涉及锂电池新能源材料技术领域，特别是涉及一种金属磷酸盐的制备方法及应用。

背景技术

磷酸根聚阴离子盐正极材料，是由一些列四面体橄榄石结构单元或八面体阴离子结构单元由强共价键连接形成开放性三维网络结构，锂离子在工作过程中基本不存在结构重排现象，故磷酸根聚阴离子盐正极材料具有高安全性和热稳定性。典型磷酸根聚阴离子盐正极材料有LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃、LiMnPO₄、LiCoPO₄、LiTi₂(PO₄)₃等。如为人熟知的磷酸铁锂电池成本优势明显，一直是电动商用车、专用车和储能领域的首选电源，占据了比较大的市场份额。

但磷酸盐正极材料也有明显的缺点，如导电性差、锂离子传输速度慢、大电流放电性能较差。针对这些缺陷的改进方法有，掺杂导电碳、颗粒表面包覆碳、金属包覆、金属离子掺杂和粒径控制等，其中，掺杂技术可提高锂离子扩散速率和导电性能，降低电池内阻。如对LiFePO₄进行金属离子掺杂，可阻止晶格收缩，在材料晶格内部产生缺陷，降低电子移动的活化能，从而提高材料的电子导电率；且金属离子掺杂不会降低材料的振实密度，有利于提高电池的能量密度。根据占据阳离子位置的不同，掺杂可发生在锂位、磷位、氧位、铁位中一个或多个母体位，且可同时掺一种或多种元素。减小正极材料的颗粒尺寸有助于缩短充放电过程中锂离子的扩散路径，增大锂离子扩散速率，提高大电流充放电性能；但过细的粒径会降低材料的振实密度，增大材料的比表面积，不利于电极的加工和电池能量密度的提高。因此材料的颗粒尺寸控制也是综合性能优化的关键。

金属磷酸盐是磷酸根聚阴离子盐正极材料制备的核心前驱体，因此磷酸盐正极材料的掺杂可在金属磷酸盐制备过程中同步完成，也可制备出各种金属磷酸盐的前驱体后在后续磷酸盐正极材料制备过程中掺入。金属磷酸盐的制备方法一般为将金属盐溶液与磷酸盐溶液在近中性条件下沉淀，但沉淀结晶度低，沉淀容易夹带杂质阴阳离子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属磷酸盐的制备方法，该方法操作简单，金属磷酸盐产品成分可调，且磷酸盐结晶度高，为一种能源正极材料前驱体普适性制备的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属磷酸盐的制备方法，包括以下步骤：

(1)将可溶性金属盐的溶液与含磷酸根的溶液混合，得到混合溶液，调节pH值，加热并搅拌，得到含金属磷酸盐的料浆；

(2)将所述料浆进行过滤，得到金属磷酸盐固体和沉淀母液；

(3)将金属磷酸盐固体进行洗涤，干燥，即得所述金属磷酸盐。

优选地，步骤(1)中，所述可溶性金属盐对应的金属为铁、铝、镁、锰、镍、钴、钛或钒中的一种或多种。

优选地，步骤(1)中，所述可溶性金属盐为金属氯化盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐或金属醋酸盐中的一种或多种。

优选地，步骤(1)中，所述可溶性金属盐为氯化亚铁、氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸亚铁、硝酸铁、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、氯化镁、硫酸镁、硝酸镁、硫酸锰、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、氯化钴、三氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴、四氯化钛、硫酸氧钛或硫酸氧钒。