科创中国
一种纳米磷酸铁锂的二次生长制备法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-08 15:06:52
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-09-26 12:06:57
本发明公开了一种纳米磷酸铁锂的二次生长制备法，包括如下步骤：将作为晶种的纳米磷酸铁锂、二维磷单质和还原剂于磷酸铁锂前驱体溶液中进行水热反应；所述磷酸铁锂前驱体溶液包括铁源、锂源和磷源。本发明以一次纳米磷酸铁锂作为晶种，引入二维磷单质与磷酸铁锂前驱体溶液在水热过程中进行二次生长，实现了高性能纳米磷酸铁锂材料的制备。与现有方法相比，本方法高效环保、无需使用额外有机诱导剂，大大降低了制备过程中的污染。与此同时，本方法步骤简单、可控性强，更有利于工业化生产高性能纳米磷酸铁锂。
权利要求
1.一种纳米磷酸铁锂的二次生长制备法，其特征在于，包括如下步骤：
将作为晶种的纳米磷酸铁锂、二维磷单质和还原剂于磷酸铁锂前驱体溶液中进行水热反应；所述磷酸铁锂前驱体溶液包括铁源、锂源和磷源。
2.根据权利要求1所述的二次生长制备法，其特征在于，所述水热反应的反应温度为150℃～220℃；所述水热反应的保温时间为150min～220min。
3.根据权利要求1所述的二次生长制备法，其特征在于，所述还原剂为抗坏血酸。
4.根据权利要求1所述的二次生长制备法，其特征在于，所述铁源为水溶性亚铁盐，优选为七水合硫酸亚铁；
优选地，所述锂源为水溶性锂盐，优选为一水合氢氧化锂；
优选地，所述磷源为水溶性磷源，优选为磷酸；
优选地，所述磷酸铁锂前驱体溶液的溶剂为水和乙二醇的混合溶剂。
磷酸铁锂是一种锂离子电池正极材料，具有较高的安全性、稳定性、循环寿命和能量密度，因此在便携式电子设备、电动车、储能系统等领域得到了广泛应用。与传统的钴酸锂、镍酸锂以及三元材料相比具有更高的安全性和环保性，更适合于大规模应用。但是由于其锂离子迁移速率和电子电导率较低，导致其倍率性能较差。目前，磷酸铁锂的纳米化、掺杂和包覆是改善其倍率性能的重要方法。
中国专利CN115367724A公开了一种利用生物质剂生产磷酸铁锂材料的方法，首先将锂源、铁源和磷源研磨后制成水溶液，并添加生物质剂与苯磺酸混合物作为添加剂，然后按照比例将前两步准备的材料混合进行水热反应，最后洗脱材料得到磷酸铁锂粉末。类似地，中国专利CN102013490A公开了一种高倍率性能磷酸铁锂正极材料及其制备方法，将球磨后的石墨与铁盐、磷酸盐和锂盐混合，以无水乙醇为介质进行二次球磨，浆料喷雾干燥得到的粉体物料，再置于回转炉中进行气氛烧结，获得高倍率性能磷酸铁锂正极材料。此外，中国专利CN114171740A公开了一种纳米磷酸铁锂正极材料的制备方法，首先制备了空心纳米碳球，再与锂盐、铁盐、磷盐混合制成反应液在惰性气体下进行水热反应获得磷酸铁锂前驱体，最后进行焙烧。上述方法过程相对繁琐，缺乏对磷酸铁锂纳米结构的可控性，特别是锂离子传输优势通道，此外还可能会引入一些无法去除的杂质，对于其应用带来不可控的潜在风险。因此迫切需要开发新的磷酸铁锂制备方法以实现磷酸铁锂结构和性能的调控。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本发明和现有技术相比，具有以下优点：
1.调控机理上的创新：二维磷单质在水热过程中发生氧化反应，表面带负电，吸引晶种以及正离子，黑磷表面局部离子浓度升高，进而调控磷酸铁锂在晶种上的生长，达到最终改变晶面暴露率目的；
2.锂离子通道的晶面暴露的越多，通道距离越短性能越好，晶种受到二维磷单质的影响通过二次生长能使其达到通道晶面(010)占比多，通道距离相对更短的效果；
3.二次生长的磷酸铁锂材料是通过低温水热法合成的，能耗低，设备以及操作简单，没有引入其他有机化合物，洗脱容易，有利于工业化生产高性能纳米磷酸铁锂。
技术合作
步骤一，配制0.1mg/mL的抗坏血酸水溶液，称取七水合硫酸亚铁2.78g溶于10mL上述抗坏血酸水溶液中；称取一水合氢氧化锂1.4g配制成10mL的水溶液；取制造例1制备的晶种70mg、上述制备的硫酸亚铁溶液3mL、氢氧化锂溶液3mL以及100μL磷酸混合加入12mL且含有30mg黑磷的乙二醇里，最后加入高压反应釜中；
步骤二，加热至220℃，保温220min；
步骤三，自然冷却后用纯水洗数次即可获得二次生长的磷酸铁锂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
下载app