一种磷酸锰铁锂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸锰铁锂的制备方法，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前驱体，再利用湿法+固相法相结合的方式，制备得到形貌均匀的磷酸锰铁锂，通过包碳提高磷酸锰铁锂的导电性，有利于提高磷酸锰铁锂正极材料的循环寿命、首次放电容量和充放电效率。电容量和充放电效率。电容量和充放电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸锰铁锂的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源材料领域，涉及一种磷酸锰铁锂的制备方法。

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。然而磷酸铁锂放电电压平台低(～3.4V)，压实密度仅为2.4g/cm3，导致其能量密度较低，限制了磷酸铁锂的发展应用。
[0003]与磷酸铁锂(LiFePO4)具有相同结构的磷酸锰锂(LiMnPO4)相对于Li
+
/Li的电极电势为4.1V，远高于LiFePO4的电压平台，且位于现有电解液体系的电化学稳定窗口内，未来应用前景广泛，因此备受关注。然而，由于LiMnPO4的导电性极差，被认为是绝缘体，导致合成能够可逆充放电的LiMnPO4非常困难，限制了其发展应用。
[0004]磷酸锰铁锂LiMn
x
Fe1‑
x
PO4(0<x<1)是在LiMnPO4改性的基础上发展起来的，其制备难度大，虽然Fe
2+
的引入可以使磷酸锰锂的电化学性能有所提高，但是提高的幅度有限，很难使材料的电化学性能充分发挥出来，导致制备的磷酸锰铁锂难以达到应用要求。

技术实现思路

[0005]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锰铁锂的制备方法，本专利技术制备方法简单，制备的磷酸锰铁锂电化学性能优异。
[0006]本专利技术提供一种磷酸锰铁锂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](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；
[0008](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；
[0009](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；
[0010](4)按照磷酸锰铁锂中各元素的摩尔比，将所述磷酸铁前驱体、锰源、锂源和碳源进行湿磨处理，得到混合料，将混合料喷雾干燥后得到磷酸锰铁锂前驱体，将所述磷酸锰铁锂前驱体置于惰性气氛下煅烧处理，得到磷酸锰铁锂正极材料。
[0011]在一个具体的实施例中，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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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；
[0016]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。
[0017]在一个具体的实施例中，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；
[0018]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；
[0019]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。
[0020]在一个具体的实施例中，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)。
[0021]在一个具体的实施例中，步骤(3)中，采用纯水对磷酸铁前驱体进行洗涤。
[0022]在一个具体的实施例中，步骤(4)中，所述锰源为硝酸锰、氯化锰中的一种或两种。
[0023]在一个具体的实施例中，步骤(4)中，所述锂源为碳酸锂、醋酸锂中的一种或两种。
[0024]在一个具体的实施例中，步骤(4)中，所述碳源为葡萄糖、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％。
[0025]在一个具体的实施例中，步骤(4)中，所述磷酸锰铁锂前驱体的煅烧温度为500～900℃，时间为2～24小时。
[0026]本专利技术的有益技术效果为：
[0027]本专利技术提供一种磷酸锰铁锂的制备方法，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前驱体，再利用湿法+固相法相结合的方式，制备得到形貌均匀的磷酸锰铁锂，通过包碳提高磷酸锰铁锂的导电性，有利于提高磷酸锰铁锂正极材料的电化学性能。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1中反应釜的结构示意图。
[0029]图2为本专利技术实施例1中制备的磷酸锰铁锂的电镜扫描图。
[0030]标号说明：1
‑
釜体，2
‑
预混单元，201
‑
进料斗，202
‑
第一搅拌器，203
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第一电机，3
‑
搅拌机构，301
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第二搅拌器，302
‑
第二电机，303
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联轴器，4
‑
铁原料入口，5
‑
磷酸原料入口，6
‑
出料口，7
‑
铁原料存储箱，8
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第一阀门，9
‑
磷酸原料存储箱，10
‑
第二阀门，11
‑
加料口。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]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设备，以下是专利技术人在试验中的部分实施例：
[0033]实施例1
[0034]本专利技术一种磷酸锰铁锂的制备方法，包括以下步骤：
[0035](1)在常温下，将硫酸亚铁溶液、磷酸以连续并流、顶部进料方式注入反应釜的预混单元，得到预混后的原料；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂的制备方法，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)按照磷酸锰铁锂中各元素的摩尔比，将所述磷酸铁前驱体、锰源、锂源和碳源进行湿磨处理，得到混合料，将混合料喷雾干燥后得到磷酸锰铁锂前驱体，将所述磷酸锰铁锂前驱体置于惰性气氛下煅烧处理，得到磷酸锰铁锂正极材料。2.根据权利要求1所述磷酸锰铁锂的制备方法，其特征在于，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；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，铁原料入口与铁原料存储箱之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李普良，苏凯州，刘大可，
申请(专利权)人：湖南安尔信新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：