叶状磷酸铁锂材料的制备方法及其叶状磷酸铁锂材料与流程

1.本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种叶状磷酸铁锂材料的制备方法及其叶状磷酸铁锂材料。

背景技术：

2.在储能和新能源领域，磷酸铁锂电池和三元电池各自占据半壁江山，磷酸铁锂电池倍率性能好、循环性能长，安全环保，是最具发展前途的锂离子电池之一。
3.但磷酸铁锂材料离子扩散系数、电子导电率低，且比容量和压实相对三元材料较低，而能源产品对锂离子电池能量密度需求越来越高。
4.为了提高磷酸铁锂比容量和压实，研究者们多采用控制材料一次粒径、预锂化、高密度球型化等方式制备磷酸铁锂材料，这些方式工艺复杂且效果不明显，通过调控形貌等方式，改善磷酸铁锂材料比容量和压实是当前研究的热点。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种叶状磷酸铁锂材料的制备方法及其叶状磷酸铁锂材料，通过制备电镜图下呈叶状的磷酸铁锂材料来提高磷酸铁锂材料的导电性、比容量和压实，从而提高锂离子电池能量密度。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明状磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤，1）首先将蒸馏水放入容器中，然后加入（六水氯化铁，制备出氯化铁溶液备用；2）将蒸馏水放入反应釜中，然后放入磷酸，制备出磷酸水溶液。
7.3）将氯化铁溶液以缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再缓慢升温到80-90℃，最后加入十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，搅拌24-48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物；4）将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，烘干，得到叶状磷酸铁粉体；5）将碳酸锂、磷酸铁、葡萄糖以及去离子水放入行星搅拌机中搅拌均匀，然后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥；6）然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。
8.根据所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，步骤1）中，将3.5-5.0l蒸馏水放入20l容器中，然后加入500-600g六水氯化铁，制备出氯化铁溶液。
9.根据所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，步骤2）中，将,4.5-6.0l蒸馏水放入在20l的反应釜中，然后放入0.8-1.0l磷酸，制备出磷酸水溶液。
10.根据所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，步骤3）中，将氯化铁溶液以1-2ml/min的速度缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再以5℃/min的升温速度缓慢升
温到80-90℃，最后加入15-20g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，80-90℃高温搅拌24-48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物。
11.根据所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，步骤4）中，将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，（90-100）℃高温烘干，得到叶状磷酸铁颗粒。
12.根据所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，步骤5）中，将（680-720）g碳酸锂、（170-180）g磷酸铁、（70-75）g葡萄糖以及（1.4-1.5）kg去离子水放入5l行星搅拌机中搅拌均匀后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥。
13.根据所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，包括以下步骤，1）首先将4l蒸馏水放入20l容器中，然后加入600g六水氯化铁，制备出氯化铁溶液备用；2）将5l蒸馏水放入在20l的反应釜中，然后放入0.8l磷酸，制备出磷酸水溶液；3）将氯化铁溶液以1ml/min的速度缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再以5℃/min的升温速度缓慢升温到90℃，最后加入20g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，90℃高温搅拌48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物；4）将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，100℃高温烘干，得到叶状磷酸铁粉体；5）将700g碳酸锂、175g磷酸铁、73g葡萄糖以及1.4kg去离子水放入5l行星搅拌机中搅拌均匀后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥；6）然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。
14.本发明叶状磷酸铁锂材料，该叶状磷酸铁锂材料原料包括将680-720份碳酸锂、170-180份磷酸铁、70-75份葡萄糖以及1400-1500份去离子水。
15.根据所述的叶状磷酸铁锂材料，该叶状磷酸铁锂材料电导率为10-1
数量级，1c比容量为150mah/g以上，压实密度为2.6g/cm3以上。
16.本发明的优点与效果是：1、该发明将十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠在水溶液中可以电离出钠离子和苯磺酸基团，苯磺酸基团带有负电荷，负电荷与三价铁互相作用，诱导三价铁在水溶液中进行有序分布，有助于叶状结构磷酸铁锂形成。
17.2、该发明磷酸铁锂材料工艺未增加特殊设备，使用传统工艺设备就能够完成，制作简单，成本低。
18.3、该发明制备的叶状磷酸铁锂材料，材料颗粒厚度方向均一，有利于锂离子的脱嵌，且叶状磷酸铁锂材料比表面积大，电化学活性高，有利于锂离子电池容量的发挥。
19.4、该发明制备的叶状磷酸铁锂材料具有单晶结构，叶状材料层叠堆积，导电性好，压实密度高。
附图说明
20.图1为实施例中本发明叶状磷酸铁锂材料电子显微镜照片；图2为实施例中本发明叶状磷酸铁锂材料制备电池1c放电曲线；图3为实施例中本发明叶状磷酸铁锂材料制备电池1c充放电循环性能曲线。
具体实施方式
21.下面对本发明的具体内容进行进一步的说明：本发明叶状磷酸铁锂材料的制造方法及原料配比，用于磷酸铁锂材料的制造。本发明叶状磷酸铁锂材料的制造方法技术方案如下：1）首先将蒸馏水放入容器中，然后加入（六水氯化铁，制备出氯化铁溶液备用；2）将蒸馏水放入反应釜中，然后放入磷酸，制备出磷酸水溶液。
22.3）将氯化铁溶液以缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再缓慢升温到80-90℃，最后加入十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，搅拌24-48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物；4）将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，烘干，得到叶状磷酸铁粉体；5）将碳酸锂、磷酸铁、葡萄糖以及去离子水放入行星搅拌机中搅拌均匀，然后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥；6）然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。
23.进一步的对各成分的加入量进行说明，首先将（3.5-5.0）l蒸馏水放入20l容器中，然后加入（500-600）g六水氯化铁，制备出氯化铁溶液备用。将（4.5-6.0）l蒸馏水放入在20l的反应釜中，然后放入（0.8-1.0）l磷酸，制备出磷酸水溶液。将氯化铁溶液以（1-2）ml/min的速度缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再以5℃/min的升温速度缓慢升温到（80-90）℃，最后加入（15-20）g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，（80-90）℃高温搅拌（24-48）h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物。将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，（90-100）℃高温烘干，得到叶状磷酸铁粉体。将（680-720）g碳酸锂、（170-180）g磷酸铁、（70-75）g葡萄糖以及（1.4-1.5）kg去离子水放入5l行星搅拌机中搅拌均匀后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥，然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。
24.本发明制备的该叶状磷酸铁锂材料导电性好、比容量高、压实密度高，电导率可以达到10-1
数量级，1c比容量达到150mah/g以上，压实密度达到2.6g/cm3以上，制备的磷酸铁锂电池具有较好的循环性能。
25.该发明中砂磨完成后的压片、烧结、气粉、过筛等材料制备工序为该领域常规工艺。
26.以具体的原料加入量为实施例进行说明：1）首先将4l蒸馏水放入20l容器中，然后加入600g六水氯化铁，制备出氯化铁溶液备用。
27.2）再将5l蒸馏水放入在20l的反应釜中，然后放入0.8l磷酸，制备出磷酸水溶液。
28.3)将氯化铁溶液以1ml/min的速度缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再以5℃/min的升温速度缓慢升温到90℃，最后加入20g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，90℃高温搅拌48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物。
29.4)将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，100℃高温烘干，得到叶状磷酸铁粉体。
30.5）将700g碳酸锂、175g磷酸铁、73g葡萄糖以及1.4kg去离子水放入5l行星搅拌机
中搅拌均匀后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥；6）然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。
31.本发明最终制备的叶状磷酸铁锂材料电子显微镜照片如图1所示。材料颗粒厚度方向均一，有利于锂离子的脱嵌，且叶状磷酸铁锂材料比表面积大，电化学活性高，有利于锂离子电池容量的发挥。叶状磷酸铁锂材料具有单晶结构，叶状材料层叠堆积，导电性好，压实密度高。
32.该叶状磷酸铁锂材料电导率可以达到5.0*10-1
s/cm，1c比容量达到152mah/g，放电曲线如图2所示。
33.压实密度达到2.65g/cm3，制备的18650磷酸铁锂电池1c充放循环寿命可以达到3000次以上，循环曲线如图3所示。
34.本发明将十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠在水溶液中可以电离出钠离子和苯磺酸基团，苯磺酸基团带有负电荷，负电荷与三价铁互相作用，诱导三价铁在水溶液中进行有序分布，有助于叶状结构磷酸铁锂形成。
35.本发明磷酸铁锂材料工艺未增加特殊设备，使用传统工艺设备就能够完成，制作简单，成本低。

技术特征：

1.一种叶状磷酸铁锂材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤，1）首先将蒸馏水放入容器中，然后加入（六水氯化铁，制备出氯化铁溶液备用；2）将蒸馏水放入反应釜中，然后放入磷酸，制备出磷酸水溶液；3）将氯化铁溶液以缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再缓慢升温到80-90℃，最后加入十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，搅拌24-48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物；4）将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，烘干，得到叶状磷酸铁粉体；5）将碳酸锂、磷酸铁、葡萄糖以及去离子水放入行星搅拌机中搅拌均匀，然后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥；6）然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。2.根据权利要求1所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，其特征是：步骤1）中，将3.5-5.0l蒸馏水放入20l容器中，然后加入500-600g六水氯化铁，制备出氯化铁溶液。3.根据权利要求2所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，其特征是：步骤2）中，将,4.5-6.0l蒸馏水放入在20l的反应釜中，然后放入0.8-1.0l磷酸，制备出磷酸水溶液。4.根据权利要求3所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，其特征是：步骤3）中，将氯化铁溶液以1-2ml/min的速度缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再以5℃/min的升温速度缓慢升温到80-90℃，最后加入15-20g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，80-90℃高温搅拌24-48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物。5.根据权利要求4所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，其特征是：步骤4）中，将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，（90-100）℃高温烘干，得到叶状磷酸铁颗粒。6.根据权利要求5所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，其特征是：步骤5）中，将（680-720）g碳酸锂、（170-180）g磷酸铁、（70-75）g葡萄糖以及（1.4-1.5）kg去离子水放入5l行星搅拌机中搅拌均匀后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥。7.根据权利要求1所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法，其特征是：包括以下步骤，1）首先将4l蒸馏水放入20l容器中，然后加入600g六水氯化铁，制备出氯化铁溶液备用；将5l蒸馏水放入在20l的反应釜中，然后放入0.8l磷酸，制备出磷酸水溶液；2）将氯化铁溶液以1ml/min的速度缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，边滴入边搅拌，再以5℃/min的升温速度缓慢升温到90℃，最后加入20g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，90℃高温搅拌48h，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物；3）将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，100℃高温烘干，得到叶状磷酸铁粉体；4）将700g碳酸锂、175g磷酸铁、73g葡萄糖以及1.4kg去离子水放入5l行星搅拌机中搅拌均匀后放入砂磨机中砂磨，砂磨完成的浆料进行喷雾干燥；5）然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。8.一种权利要求1所述的叶状磷酸铁锂材料制备方法制备出的叶状磷酸铁锂材料，其
特征是：该叶状磷酸铁锂材料原料包括将680-720份碳酸锂、170-180份磷酸铁、70-75份葡萄糖以及1400-1500份去离子水。9.根据权利要求8所述的叶状磷酸铁锂材料，其特征是：该叶状磷酸铁锂材料电导率为10-1
数量级，1c比容量为150mah/g以上，压实密度为2.6g/cm3以上。

技术总结

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种叶状磷酸铁锂材料的制备方法及其叶状磷酸铁锂材料。本发明采用的技术方案是：包括以下步骤，首先制备出氯化铁溶液；制备出磷酸水溶液。将氯化铁溶液以缓慢滴入盛有磷酸水溶液的反应釜中，得到磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物；将磷酸铁以及磷酸水溶液的混合物进行蒸馏水洗涤，烘干，得到叶状磷酸铁粉体；将碳酸锂、磷酸铁、葡萄糖以及去离子水放入行星搅拌机中搅拌，然后砂磨，砂磨后喷雾干燥；然后压片、烧结、气粉、过筛，得到叶状磷酸铁锂材料。该发明制备的叶状磷酸铁锂材料，材料颗粒厚度方向均一，有利于锂离子的脱嵌，且叶状磷酸铁锂材料比表面积大，电化学活性高，有利于锂离子电池容量的发挥。的发挥。的发挥。