本發(fā)明屬于正極活性材料，具體涉及一種納米單晶磷酸鐵鋰及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰電池正極活性材料磷酸鐵鋰（lifepo4）具有高熱穩(wěn)定性、長循環(huán)壽命等特點，但其電子導(dǎo)電率低和離子擴散性能差?，F(xiàn)有的提高磷酸鐵鋰導(dǎo)電性的方法主要包括：①摻雜其他導(dǎo)電性能較高的材料；②表面包覆碳等材料；③改進(jìn)磷酸鐵鋰的制備方法來控制產(chǎn)物顆粒的大小和形貌。然而，對于①，摻雜其他導(dǎo)電性能較高的材料，摻雜量過高會大幅降低磷酸鐵鋰材料的循環(huán)穩(wěn)定性，過低則無法滿足需求；對于②，對碳材料的厚度無法準(zhǔn)確控制，產(chǎn)率低；對于③，制備方法中，無論采用固相法還是液相法，均只進(jìn)行一次燒結(jié)制成磷酸鐵鋰。而一次燒結(jié)一般會出現(xiàn)質(zhì)量不均勻、顆粒大等問題，從而導(dǎo)致磷酸鐵鋰產(chǎn)品的電導(dǎo)率低。

2、現(xiàn)有的二次燒結(jié)方法，第一次燒結(jié)制備磷酸鐵鋰，第二次燒結(jié)摻雜或表面包覆導(dǎo)電材料，但燒結(jié)得到的磷酸鐵鋰團聚嚴(yán)重，產(chǎn)品顆粒粒徑較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種納米單晶磷酸鐵鋰及其制備方法和應(yīng)用。所述制備方法解決了二次燒結(jié)方法中磷酸鐵鋰團聚嚴(yán)重，產(chǎn)品顆粒粒徑較大的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，包括如下步驟：

4、在超臨界流體中對含有鋰源、鐵源和磷源的混合料進(jìn)行球磨后，進(jìn)行焙燒、除雜和干燥處理，得到磷酸鐵鋰；

5、將磷酸鐵鋰分散在丙三醇中后燒結(jié)，得到納米單晶磷酸鐵鋰；其中，燒結(jié)的溫度為250℃~300℃；

6、所述燒結(jié)包括如下步驟：

7、以8℃/min~10℃/min的升溫速率升溫至190℃~220℃，保溫8h~12h；

8、以15℃/min~20℃/min的升溫速率從190℃~220℃升溫至230℃，保溫8h~12h；

9、以25℃/min~30℃/min的升溫速率從230℃升溫至250℃~300℃，保溫12h~18h。

10、在一些可能的實現(xiàn)方式中，所述球磨步驟中，球磨時間為12h~24h，球磨轉(zhuǎn)速為300rpm~500rpm。

11、在一些可能的實現(xiàn)方式中，所述焙燒步驟中，焙燒氣氛為氫氣，焙燒溫度為600℃~900℃，焙燒時間為12h~16h。

12、在一些可能的實現(xiàn)方式中，所述磷酸鐵鋰的平均粒徑為0.7μm~0.95μm。

13、在一些可能的實現(xiàn)方式中，所述磷酸鐵鋰和丙三醇的質(zhì)量比為（1~3）:1。

14、在一些可能的實現(xiàn)方式中，所述超臨界流體包括二氧化碳、乙烷、丙烯、丙烷中的一種。

15、在一些可能的實現(xiàn)方式中，所述球磨步驟中，研磨球包括大直徑研磨球、中直徑研磨球和小直徑研磨球，個數(shù)比為2:（10~12）:（20~25）。

16、第二方面，本發(fā)明提供一種本發(fā)明提供的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法制得的納米單晶磷酸鐵鋰。

17、第三方面，本發(fā)明提供一種本發(fā)明提供的納米單晶磷酸鐵鋰在家用電器、電動車、船舶、衛(wèi)星或儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用。

18、本發(fā)明提供的一種納米單晶磷酸鐵鋰及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下有益技術(shù)效果：

19、（1）本發(fā)明的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，將超臨界流體技術(shù)和非牛頓流體工藝結(jié)合制備改性磷酸鐵鋰，超臨界流體技術(shù)可以使鋰源、鐵源和磷源在制備過程中均勻分散，降低磷酸鐵鋰產(chǎn)品的粒徑。

20、（2）本發(fā)明的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，將反應(yīng)液在超臨界流體中進(jìn)行球磨，由于超臨界流體的溶解性強、擴散性能好和低表面張力等優(yōu)點，可以提高鋰源、鐵源和磷源在球磨過程中均勻分散，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量均勻性；此外，超臨界流體（二氧化碳、乙烷、丙烯、丙烷中的一種）作為碳源對磷酸鐵鋰進(jìn)行原位碳摻雜，煅燒時產(chǎn)生的氣體又能進(jìn)一步細(xì)化磷酸鐵鋰粒徑。

21、（3）本發(fā)明的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，在燒結(jié)步驟中，采用分段升溫保溫的方式，不僅防止了因升溫過快導(dǎo)致其直接逸散而無法分解，還可以使丙三醇定向分解最終形成穩(wěn)定的磷酸鐵鋰的碳包覆層。

技術(shù)特征：

1.一種納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述球磨步驟中，球磨時間為12h~24h，球磨轉(zhuǎn)速為300rpm~500rpm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述焙燒步驟中，焙燒氣氛為氫氣，焙燒溫度為600℃~900℃，焙燒時間為12h~16h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述磷酸鐵鋰的平均粒徑為0.7μm~0.95μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述磷酸鐵鋰和丙三醇的質(zhì)量比為1~3:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述超臨界流體包括二氧化碳、乙烷、丙烯、丙烷中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述球磨步驟中，研磨球包括大直徑研磨球、中直徑研磨球和小直徑研磨球，個數(shù)比為2:10~12:20~25。

8.一種如權(quán)利要求1~7任一項所述的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法制得的納米單晶磷酸鐵鋰。

9.一種如權(quán)利要求8所述的納米單晶磷酸鐵鋰在家用電器、電動車、船舶、衛(wèi)星或儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于正極活性材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米單晶磷酸鐵鋰及其制備方法和應(yīng)用。所述制備方法包括如下步驟：在超臨界流體中對含有鋰源、鐵源和磷源的混合料進(jìn)行球磨后，進(jìn)行焙燒、除雜和干燥處理，得到磷酸鐵鋰；將磷酸鐵鋰分散在丙三醇中后燒結(jié)，得到納米單晶磷酸鐵鋰。本發(fā)明的納米單晶磷酸鐵鋰的制備方法，將超臨界流體技術(shù)和二次燒結(jié)結(jié)合，使磷酸鐵鋰表面的碳包覆均勻且細(xì)化磷酸鐵鋰晶粒粒徑，進(jìn)而提高磷酸鐵鋰的電子傳輸速率和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：陳濤,練平,王躍林,譚正蘭,禹夢,曹澤宇,劉帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南裕能新能源電池材料股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28