[发明专利]两步共沉淀制备微-纳多孔结构磷酸铁前驱体与磷酸铁锂正极材料的方法

说明书

一种两步共沉淀法制备微‑纳多孔结构磷酸铁前躯体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：步骤包括：第一反应器内连续快速制备纳米级磷酸铁一次颗粒前驱体；纳米级磷酸铁一次颗粒前驱体在第二反应器内聚合组装生成微‑纳多孔结构的微米级磷酸铁二次颗粒；具有微‑纳结构的微米级磷酸铁二次颗粒混锂和煅烧制备磷酸铁锂正极材料。具有导电性和倍率性好，空隙率高、粒径分布均匀、振实密度高、易于加工的优点。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及采用两种不同结构反应器的两步共沉淀制备微-纳多孔结构磷酸铁前驱体与磷酸铁锂正极材料的方法。

背景技术

1992年，索尼公司第一次将锂离子电池引入市场。现如今，锂离子电池已经广泛用于手机、电脑等便携式设备领域，电动汽车领域，以及其他储能设备领域。在众多锂离子电池正极材料中，具有橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料，因铁资源丰富、无毒、低成本，以及优良的电化学性能和良好的循环性能等优点，已经在锂离子电池的发展中占有越来越重要地位。但是，磷酸铁锂正极材料的理论放电容量为170mAh g^-1,而实际放电容量一般只有110mAh g^-1，这是由于较低的电子电导率(10^-10～10^-9S/cm)、锂离子扩散系数(1.8×10^-14cm²/S)等缺点所造成的，这些缺点也一直严重制约着磷酸铁锂正极材料在现实生活与生产中的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种导电性和倍率性好，空隙率高、粒径分布均匀、振实密度高、易于加工的两步共沉淀法制备微-纳多孔结构磷酸铁前躯体及磷酸铁锂正极材料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种两步共沉淀法制备微-纳多孔结构磷酸铁前躯体及磷酸铁锂正极材料的方法，步骤包括：第一反应器内连续快速制备纳米级磷酸铁一次颗粒前驱体；纳米级磷酸铁一次颗粒前驱体在第二反应器内聚合组装生成微-纳多孔结构的微米级磷酸铁二次颗粒；具有微-纳结构的微米级磷酸铁二次颗粒混锂和煅烧制备磷酸铁锂正极材料。

本发明上述第一反应器内连续快速制备纳米级磷酸铁一次颗粒前驱体，具体步骤包括：

(1.1)称取磷酸盐和三价铁盐溶于去离子水，分别配置成0.1mol/L～3mol/L的磷酸盐溶液和0.1mol/L～3mol/L的三价铁盐溶液；将25-28％(氨NH3的质量百分浓度)的浓氨水稀释配置成0.1mol/L～3mol/L的稀氨水；

(1.2)采用蠕动泵或计量泵将含磷酸盐溶液和三价铁盐溶液注入到第一反应器中，确保磷酸根与铁离子的摩尔比为0.98～1.02：1；

(1.3)磷酸根离子与三价铁离子在第一反应器内快速混合和反应，并爆发成核，生成纳米级磷酸铁锂一次颗粒。

本发明步骤(1.1)中所述的铁盐为三价铁盐，如硝酸铁，氯化铁等。

本发明步骤(1.1)中所述的磷酸盐可以是磷酸氢二铵、磷酸二氢铵或磷酸。

本发明步骤(1.2)中所述的第一反应器为具有高强度微观混合能力、实现爆发式成核的特性，如超声波强化撞击流反应器、利用超声波与撞击流强化反应物混合。

本发明上述微-纳多孔结构的微米级磷酸铁二次颗粒的制备，具体制备步骤包括：

(2.1)将含有步骤(1.3)所制的纳米级磷酸铁锂一次颗粒的母液置于第二反应器，在搅拌速度为200-1500rpm的条件下继续反应1～60小时；

(2.2)在此过程中，蠕动泵以一定流速往反应釜中通入磷酸盐溶液和三价铁盐溶液，并缓慢加入稀氨水把pH值调控在1.5～2.2范围；第二反应器内的温度控制在50-70℃；随着反应的进行，反应液中有大量淡黄色沉淀生成。