用磷酸铁直接锂化制造锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的方法技术

一种用磷酸铁直接锂化制造锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的方法，依次包括以下步骤：ａ、首先将氢氧化锂溶于水，制成水溶液，然后与磷酸铁配成均匀的悬浊液；ｂ、在１０５－１５０℃烘箱内将悬浊液烘干去掉水分后，冷却到室温后加入导电剂，用 混料机粗混，然后经气流粉碎机混合，用超音速气流将所有的物料颗粒反复分散开，直至实现亚微米级超细混合；ｃ、将混合好的物料用压力机紧密压合，在还原气氛下烧结，过筛、分级得到磷酸亚铁锂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磷酸亚铁锂的制备方法，尤其是一种高性能的用磷酸铁 直接锂化制造锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的方法。技术背景橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFeP04)作为锂离子二次电池的正极材料 最早由美国Padhi博士 (A K Padhi等，J Electrochem Soc, 1997， 144(4):1188-1194.)及其同事于1997合成的。研究表明LiFeP04具有高理 论容量(170mAh/g)、高工作电压(3.5V左右的电压平台)、3.64g/cn^的 质量密度、自放电小，在低电流密度下LiFePO4中的Li+几乎可以100。/。嵌入/ 脱嵌，循环寿命长、循环性能好、无记忆效应、较高的电位、价格低廉、 热稳定性好、对环境友好等优点，因此有望取代成本较高的LiCo02成为新 一代锂离子电池正极材料。然而，磷酸亚铁锂也存在一些缺点，而最主要 的缺点之一就是电导率低。由于LiFeP04是锂离子导体，电子电导率较低， 倍率特性就较差，在高倍率充放电时比容量降低、循环性能差，另外在高 温合成过程中高温易使颗粒长大。这些问题都影响着LiFeP04的广泛应用。 为克服此缺点，研究者和生产者研发出碳包覆、异种离子掺杂等技术以改 善磷酸亚铁锂材料的电导率核电化学性能。目前，磷酸亚铁锂主要的合成方法有固相反应法专利CN1581537提出了磷酸亚铁锂的机械固相合成方法 将金属铁粉、磷酸铁、磷酸锂、搀杂元素磷酸盐、导电剂或导电剂前驱体 按比例混合均匀球磨后，通过烧结制成磷酸亚铁锂成品。CN1753216提出 用锂源、掺杂离子的化合物、三价铁源、磷酸根源、纳米碳或金属纤维等 作为原料直接烧成磷酸亚铁锂材料。CN1772604提出锂盐、亚铁盐和磷酸 盐、掺杂物烧结制备氧位掺杂磷酸亚铁锂的方法。CN1785799提出用锂盐、 亚铁盐和磷酸盐与掺杂物等共烧制备过渡元素掺杂磷酸亚铁锂粉体。 CN1790782提出用锂盐、亚铁盐和磷酸盐等原料球磨后烧结制备磷酸亚铁 锂的方法。CN1958440 、 CN1958441提出将锂盐、铁盐、磷盐、少量的碳的有机物前驱体和掺杂金属离子共同烧结制取磷酸亚铁锂的方法。CN1948134提出采用磷酸二氢锂和四氧化三铁或三氧化二铁、导电剂或导 电剂，在真空炉中烧结制得目标产物。CN1884053提出将锂盐、铁盐、磷 酸盐混合均匀，球磨后加入碳材料再次球磨，然后在高压烧成。液相法CN1632969、 CN1632970、 CN 1635648等专利提出首先制备 球形前驱体，然后与锂源等共烧制备高密度球形磷酸亚铁锂。CN1431147 提出用共沉淀反应制备纳米前驱体，然后烧结得到磷酸亚铁锂的方法。 CN1762798提出首先制备磷酸亚铁锂前驱体然后烧结的工艺方法。 CN1971981提出用锂源化合物、铁源化合物、磷酸根源化合物及导电材料 制得前驱体。然后煅烧得目标产物。液相+固相法CN1821065提出首先用液相制造磷酸亚铁铵前驱体，然 后掺乙酸锂在惰性气氛下固相烧结。CN1805181 、 CN1800003提出首先用 二价铁源化合物、掺杂金属化合物、磷源化合物和氧化剂混合制备磷酸铁， 然后与锂源化合物及碳混合，烧结后制备磷酸亚铁锂。CN1803591提出将 三价铁盐、锂盐、磷盐和还原剂混合于溶剂中进行反应，得到无定形的磷 酸亚铁锂，然后焙烧制得磷酸亚铁锂粉末。为提高磷酸亚铁锂的性能，研究者对材料进行了多种改性CN1767238 提出首先用固相法合成磷酸亚铁锂，然后与硼化钙混合球磨，继续煅烧制 成目标产物，可以同时提高材料的电导率和振实密度。CN1797823提出金 属元素掺杂改性的方法。CN1830764提出用稀土掺杂制造磷酸亚铁锂的工 艺。在制备方法上，CN1821064提出用微波烧结磷酸亚铁铵、乙酸锂、碳 源混合物，以得到球形磷酸亚铁锂。CN1775666提出用碳酸锂、草酸亚铁 和磷酸二氢铵等经微波烧结合成磷酸亚铁锂。申请号为200710058353.7、 200710058352.2的专利提出了水热法制造磷酸亚铁锂的工艺技术。以上专利技术中，依然存在许多问题。例如用二价铁盐合成磷酸亚铁锂时， 对原料、前驱体和合成设备的防氧化性能要求很高，增加了制造成本。采 用三价铁盐作为原料时，虽然可以有效实现原料加工过程中的抗氧化，但 对后续合成过程的控制提出更高的要求。例如CN1581537、 CN1564343虽 然改用三价铁盐，但在随后的混料和合成过程中，很难实现三价铁/碳/锂源 的微观紧密接触，造成产品的电化学容量不高。已有的磷酸亚铁锂材料存 在合成稳定性差、品质不均一的问题
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提出一种产品粒径均一，晶相纯净， 电化学性能稳定，且可实现稳定的大批量生产的用磷酸铁直接锂化制造锂 离子电池正极材料磷酸亚铁锂的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是 一种用磷酸铁直 接锂化制造锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的方法，依次包括以下步骤a、 首先将氢氧化锂溶于水，制成水溶液，然后与磷酸铁配成均匀的悬 浊液；b、 在105-150'C烘箱内将悬浊液烘干去掉水分后，冷却到室温后加入 导电剂，用混料机粗混，然后经气流粉碎机混合，用超音速气流将所有的 物料颗粒反复分散开，直至实现亚微米级超细混合；c、 将混合好的物料用压力机紧密压合，在还原气氛下烧结，过筛、分 级得到磷酸亚铁锂。步骤a中配料重量比为氢氧化锂:磷酸铁=24: (141 161)。 所述的氢氧化锂水溶液的浓度为0.1-5M。所述的导电剂为高导电性物质，选用乙炔黑、导电碳黑或金属粉末中 的一种，导电剂的掺入量为总量的重量比的1-10%。 所述的金属粉末为铁、镍、铜或锰中的一种。 选用气流粉碎机进行物料混合2-5遍。所述的还原气氛，选用氮气和一氧化碳的混合气体，体积百分数为 氮气 50-95。/。 CO 5-50%。8所述的还原气氛，选用氩气和一氧化碳的混合气体，体积百分数为 氩气 50-95。/。 CO 5-50%。所述的烧结温度为500-800°C，烧结时间为3-30小时。 所述的水为去离子水或蒸馏水。本专利技术的有益效果是本专利技术的方法能够稳定、可靠地大规模制备磷 酸亚铁锂，在原料预处理过程中，无需惰性气体保护，且可以实现原料间的细致混合，在随后的烧结工序直接生成髙纯度的，粒径均一，晶相纯净,电化学性能稳定的磷酸亚铁锂材料。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明本专利技术所述的磷酸铁直接锂化制备锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的 方法如下将氢氧化锂溶于水，制成0.1-5M溶液，与市售磷酸铁混合搅拌均匀， 配成均匀的悬浊液(如果物料粘稠，可适当加水稀释，直至成为可自由流 动的悬浊液)。配料的比例是氢氧化锂磷酸铁=24: 151 (重量比)。 在105-150'C烘箱内将该液体烘干去掉水分后冷却到室温，加入1-10%导电 剂，用混料机粗混。然后经气流粉碎机混合2-5遍，用超音速气流将所有的 物料颗粒反复分散开，直至实现亚微米级超细混合(用电子显微镜观察颗 粒均匀分布)。将混合好的物料用压力机紧密压合，在50-95%氮气(或者 氩气)+5-50%0)的弱还原气氛下，500-800匸烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用磷酸铁直接锂化制造锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的方法，依次包括以下步骤：ａ、首先将氢氧化锂溶于水，制成水溶液，然后与磷酸铁配成均匀的悬浊液；ｂ、在１０５－１５０℃烘箱内将悬浊液烘干去掉水分后，冷却到室温后加入导电剂，用 混料机粗混，然后经气流粉碎机混合，用超音速气流将所有的物料颗粒反复分散开，直至实现亚微米级超细混合；ｃ、将混合好的物料用压力机紧密压合，在还原气氛下烧结，过筛、分级得到磷酸亚铁锂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝峰，
申请(专利权)人：李宝峰，
类型：发明
国别省市：86