一种磷酸铁锂复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂的制备方法、磷酸铁锂及磷酸铁锂电池，以解决规模化大生产制备的磷酸铁锂时的稳定性、一致性较差的问题。本发明专利技术通过反应釜中的预混单元和搅拌单元，使得铁盐、磷酸盐混合时反应更加均匀，降低局部浓度，制备得到均一的磷酸铁颗粒，再利用湿法+固相法相结合的方式，制备得到磷酸铁锂，提高磷酸铁锂产品的批次间的稳定性、一致性，有利于提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能。于提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能。于提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源材料制备
，涉及一种磷酸铁锂复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着公众环保意识的增强，国家在新能源领域的大力支持，锂离子电池逐渐成为广泛使用的电力存储设备。磷酸铁锂电池因其安全性能好、循环寿命长和价格低廉等优势而广泛应用于新能源汽车领域、储能领域，并且由于其不含贵金属及稀有元素，原材料储量丰富且对环境污染相对较小，磷酸铁锂电池逐渐受到了市场的青睐。
[0003]由于磷酸铁锂材料本身具备的半导体等特性，要成功实现商业化必须解决以下五大问题：
[0004]1、需要大幅提高磷酸铁锂材料的导电性能，使倍率性能与低温性能得到同步的提高；
[0005]2、通过控制有害物质进而严格控制自放电及循环性能；
[0006]3、控制纳米磷酸铁锂的合成与合成的形貌与磷酸铁锂的粒径以提高循环寿命和压实密度；
[0007]4、需要解决材料纳米化所带来的成本控制；
[0008]5、规模化大生产制备磷酸铁锂时的稳定性、一致性的控制。
[0009]合成磷酸铁锂的方法很多，常用的方法有：将磷酸铁、锂源、碳源物理混合后，再利用高温固相法合成，固相法的优点是设备简单，但因混料不够均匀，所以电化学性能差且不稳定、一致性很差，它的合成温度高、时间长，使之生产成本较高；湿法的优点是混料均匀、反应充分，合成的温度较低、保温的时间较短，能耗较低，具有好的稳定性与一致性，是目前主要的生产工艺方向。
[0010]现有技术中，在合成磷酸铁的过程中，都是直接将铁原料、磷酸原料、氧化剂直接加入到搅拌釜中，使得铁原料和磷酸原料进行沉淀反应，由于直接将原料加进去，导致局部浓度过高，使得反应不均匀，制备的磷酸铁粒径均一性较差，批次波动较大，导致后续制备的磷酸铁锂电池材料的电化学性能不稳定、一致性较差。

技术实现思路

[0011]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，以解决规模化大生产制备的磷酸铁锂时的稳定性、一致性较差的问题。
[0012]本专利技术提供一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)在常温下，将铁原料、磷酸原料以连续并流、顶部进料方式注入反应釜的预混单元，得到预混后的原料；
[0014](2)步骤(1)所得预混后的原料进入反应釜底部，在反应釜底部进行沉淀反应，控制反应过程的pH值为0.5～3，反应温度为40～75℃，反应1～8h，然后升温至80～99℃，继续反应0.5～8h，得到混合浆料；
[0015](3)将步骤(2)所得混合浆料进行过滤，所得滤渣经过洗涤处理，得到磷酸铁前驱体；
[0016](4)将步骤(3)所得磷酸铁前驱体、锂源化合物、碳源进行湿磨处理，以超纯水做分散介质，以锆球做球磨介质，球磨时间为0.5～4h，球磨处理后得到混合料，将混合料进行喷雾干燥，得到固体粉末，将固体粉末置于保护气氛中，在650～750℃的温度下烧结2～20h，得到所述的磷酸铁锂复合材料；
[0017]所述的反应釜包括釜体、设置于釜体上部的预混单元以及设置于釜体下部的搅拌单元；
[0018]所述预混单元包括设置于釜体顶部内侧的进料斗、第一搅拌器，所述第一搅拌器设置于进料斗的中部靠下位置，釜体的顶部上方设有第一电机，所述第一搅拌器通过第一电机驱动，所述釜体的顶壁与铁原料入口、磷酸原料入口连通；
[0019]所述搅拌单元包括设置于釜体底部的第二搅拌器、第二电机，第二搅拌器通过第二电机驱动，所述第二搅拌器的旋转轴与第二电机的输出端通过联轴器连接；
[0020]所述釜体侧面中间位置设有加料口，所述釜体底部设有出料口。
[0021]优选的方案，所述第二搅拌器的旋转轴穿过釜体底部延伸至釜体下方，所述旋转轴安装于釜体的底部中心位置；
[0022]所述铁原料入口与铁原料存储箱连通，铁原料入口与铁原料存储箱之间的管路上设置有第一阀门；所述磷酸原料入口与磷酸原料存储箱连通，磷酸原料入口与磷酸原料存储箱之间的管路上设置有第二阀门。
[0023]优选的方案，所述铁原料为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁溶液中的至少一种；优选为硫酸亚铁溶液；
[0024]所述磷酸原料为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠中的至少一种，优选为磷酸；
[0025]从反应釜中间位置的加料口注入氧化剂，所述氧化剂为次氯酸钠、氯酸钠、双氧水中的一种或几种；优选为双氧水。
[0026]优选的方案，反应釜中的亚铁、磷酸与双氧水的摩尔比为1：(1.0～1.3)：(0.5～1.5)。
[0027]优选的方案，步骤(3)中，采用纯水对磷酸铁前驱体进行洗涤。
[0028]优选的方案，步骤(4)中，所述磷酸铁前驱体中磷酸铁、锂源化合物的摩尔比为1：1～1.05；
[0029]所述碳源选自单水葡萄糖、PVA、PVB、聚丙烯与柠檬酸中的一种或多种；所述碳源的添加量为磷酸铁前驱体中磷酸铁的1～20wt％；
[0030]所述锂源化合物为碳酸锂、醋酸锂中的一种或两种。
[0031]本专利技术的有益技术效果为：
[0032]本专利技术提供一种磷酸铁锂的制备方法，通过反应釜中的预混单元和搅拌单元，使得铁盐、磷酸盐混合时反应更加均匀，降低局部浓度，制备得到均一的磷酸铁颗粒，再利用湿法+固相法相结合的方式，制备得到磷酸铁锂，提高磷酸铁锂产品的批次间的稳定性、一致性，有利于提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例1中反应釜的结构示意图。
[0034]图2为本专利技术实施例1中制备的磷酸铁颗粒的电镜扫描图。
[0035]图3为本专利技术实施例1中制备的磷酸铁锂的电镜扫描图。
[0036]标号说明：1
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釜体，2
‑
预混单元，201
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进料斗，202
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第一搅拌器，203
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第一电机，3
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搅拌机构，301
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第二搅拌器，302
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第二电机，303
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联轴器，4
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铁原料入口，5
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磷酸原料入口，6
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出料口，7
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铁原料存储箱，8
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第一阀门，9
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磷酸原料存储箱，10
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第二阀门，11
‑
加料口。
具体实施方式
[0037]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]本实施例如无特殊说明，使用的试剂均为普通市售产品或者通过常规手段制备获得，采用的设备均为本领域内的常规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在常温下，将铁原料、磷酸原料以连续并流、顶部进料方式注入反应釜的预混单元，得到预混后的原料；(2)步骤(1)所得预混后的原料进入反应釜底部，在反应釜底部进行沉淀反应，控制反应过程的pH值为0.5～3，反应温度为40～75℃，反应1～8h，然后升温至80～99℃，继续反应0.5～8h，得到混合浆料；(3)将步骤(2)所得混合浆料进行过滤，所得滤渣经过洗涤处理，得到磷酸铁前驱体；(4)将步骤(3)所得磷酸铁前驱体、锂源化合物、碳源进行湿磨处理，以超纯水做分散介质，以锆球做球磨介质，球磨时间为0.5～4h，球磨处理后得到混合料，将混合料进行喷雾干燥，得到固体粉末，将固体粉末置于保护气氛中，在650～750℃的温度下烧结2～20h，得到所述的磷酸铁锂复合材料；所述的反应釜包括釜体、设置于釜体上部的预混单元以及设置于釜体下部的搅拌单元；所述预混单元包括设置于釜体顶部内侧的进料斗、第一搅拌器，所述第一搅拌器设置于进料斗的中部靠下位置，釜体的顶部上方设有第一电机，所述第一搅拌器通过第一电机驱动，所述釜体的顶壁与铁原料入口、磷酸原料入口连通；所述搅拌单元包括设置于釜体底部的第二搅拌器、第二电机，第二搅拌器通过第二电机驱动，所述第二搅拌器的旋转轴与第二电机的输出端通过联轴器连接；所述釜体侧面中间位置设有加料口，所述釜体底部设有出料口。2.根据权利要求1所述磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二搅拌器的旋转轴穿过釜体底部延伸至釜体下方，所述旋转轴安装于釜体的底部中心位置；所述铁原料入口与铁原料存储箱连通，铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李普良，刘大可，苏凯洲，杜桥新，
申请(专利权)人：四川省盈达锂电新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：