磷酸铁、磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种磷酸铁、磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、磷酸铁锂是目前最常见的锂离子电池正极材料之一，具有稳定的橄榄石结构，能可逆的嵌入和脱嵌锂离子，而且具有高能量密度、性能稳定、安全性高、环境友好等优点，是一种极具潜力的锂离子电池正极材料。在磷酸铁锂的制备过程中，现有技术通常采用磷酸铁提供铁源与磷源，因此，磷酸铁的形貌对后续磷酸铁锂的电化学性能具有重要影响。

2、磷酸铁的制备通常用三价铁盐与磷酸或可溶性磷酸盐溶液混合，利用氨水或碱液控制ph值，在加热条件下结晶析出；也可用二价铁盐与磷酸或可溶性磷酸盐构成混合溶液，通过氧化剂与碱液控制反应条件，得到磷酸铁晶体。但是这些方法制备的磷酸铁形貌不好，不具有疏松的孔隙结构，从而制备的磷酸铁锂不利于锂离子的传输。

3、基于此，现提供一种形貌疏松，有丰富孔隙结构的磷酸铁的制备方法，并基于此制备磷酸铁锂正极材料。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有方法制备的磷酸铁形貌不好，不具有疏松的孔隙结构，从而制备的磷酸铁锂不利于锂离子传输的技术问题，目的在于提供一种磷酸铁、磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，制备得到的磷酸铁形貌疏松，有较多的孔隙，适用于进一步制备电化学性能优良的电池级磷酸铁锂，使制备出来的磷酸铁锂也有较多的孔隙，给锂离子的传输提供了更多的通道，提高了磷酸铁锂的电性能。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明的第一个目的在于提供一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

4、搅拌条件下向双氧水、磷酸和纯水的混合液中加入苯甲酸铁，65-75℃保温反应12-24h；其中，双氧水、磷酸和纯水的体积比为1:(2-2.6):10，且每1ml双氧水加苯甲酸铁4-6g；

5、过滤出滤饼，为粗制二水磷酸铁，纯水洗涤，80-90℃干燥后进行烧结，冷却粉碎得到成品磷酸铁粉末。

6、进一步地，每1ml双氧水加苯甲酸铁5g。

7、进一步地，所述烧结的方法包括：

8、首先，通入氮气，排出空气；

9、接着，进行第一段烧结：升温至150-250℃，在烧结期间一直保持通入氮气，进行烧结3-5h；

10、然后，进行第二段烧结：升温至500℃，在该温度下烧结3-6h；然后在500℃下保温12h；

11、最后，在氮气气氛下冷却至室温，将冷却后的产物研磨粉碎，得到成品磷酸铁粉末。

12、本发明的第二个目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

13、按照物质的量比为n(li)∶n(fe)∶n(p)＝(1.01-1.05)∶1∶1称取锂源、铁源、磷源进行配料，并加入碳源；所述铁源和磷源采用前述方法制备得到的磷酸铁粉末；

14、将所配的料与去离子水一起进行球磨，并烘干，得到粉末状前驱体；

15、将粉末状前驱体进行烧结，得到成品磷酸铁锂正极材料。

16、进一步地，所述锂源为碳酸锂、一水合氢氧化锂中的至少一种，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚乙二醇、碳纳米管、石墨烯、炭黑中的至少一种。

17、进一步地，所述碳源的总质量为成品磷酸铁锂正极材料质量的3-20％。

18、进一步地，所述球磨时间为2h-10h。

19、进一步地，所述烧结为两段烧结，所述烧结的方法包括：

20、首先，通入氮气，排出空气；

21、接着，进行第一段烧结：升温至300-500℃，在该温度下通入氮气，进行烧结4-6h；

22、然后，进行第二段烧结：升温至600-850℃，在该温度下烧结6-10h；

23、最后，在氮气气氛下冷却至室温，将冷却后的产物研磨粉碎，得到成品磷酸铁锂正极材料。

24、本发明的第三个目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料，由前述方法制备得到。

25、本发明的第三个目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料的应用，具体是应用于锂电池，基于此，提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片包括所述的磷酸铁锂正极材料。

26、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

27、本发明制备得到的磷酸铁形貌疏松，有较多的孔隙，适用于进一步制备电化学性能优良的电池级磷酸铁锂，使制备出来的磷酸铁锂也有较多的孔隙，给锂离子的传输提供了更多的通道，提高了磷酸铁锂的电性能。

技术特征：

1.一种磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的制备方法，其特征在于，每1ml双氧水加苯甲酸铁5g。

3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述烧结的方法包括：

4.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源为碳酸锂、一水合氢氧化锂中的至少一种，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚乙二醇、碳纳米管、石墨烯、炭黑中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源的总质量为成品磷酸铁锂正极材料质量的3-20％。

7.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述球磨时间为2h-10h。

8.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述烧结为两段烧结，所述烧结的方法包括：

9.一种磷酸铁锂正极材料，由权利要求4-8任一项所述的方法制备得到。

10.一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，其特征在于，所述正极片包括如权利要求9所述的磷酸铁锂正极材料。

技术总结本发明公开了一种磷酸铁、磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，涉及锂离子电池技术领域，包括以下步骤：搅拌条件下向双氧水、磷酸和纯水的混合液中加入苯甲酸铁，65‑75℃保温反应12‑24h；其中，双氧水、磷酸和纯水的体积比为1:(2‑2.6):10，且每1mL双氧水加苯甲酸铁4‑6g；过滤出滤饼，为粗制二水磷酸铁，纯水洗涤，80‑90℃干燥后进行烧结，冷却粉碎得到成品磷酸铁粉末；本发明制备得到的磷酸铁形貌疏松，有较多的孔隙，适用于进一步制备电化学性能优良的电池级磷酸铁锂，使制备出来的磷酸铁锂也有较多的孔隙，给锂离子的传输提供了更多的通道，提高了磷酸铁锂的电性能。技术研发人员：张洁,周义,杜星,姜应律,张进波受保护的技术使用者：宜宾万鹏时代科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2