高压实磷酸铁锂材料及烧结方法和制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种高压实磷酸铁锂材料的烧结方法及制备方法。本发明专利技术采用如下技术方案：将干燥的磷酸铁锂材料置于高温炉中进行高温烧结，烧结过程中通入惰性气体；升温过程及保温过程前2h，高温炉的排废口全部打开，保持高温炉压力为正压环境；保温2h后，排废口全部关闭，调整惰性气体进气流量。升温阶段产生大量的水气以及680

【技术实现步骤摘要】
高压实磷酸铁锂材料及烧结方法和制备方法
[0001]

[0002]本专利技术属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种高压实磷酸铁锂材料的烧结方法及制备方法。

技术介绍

[0003]在碳达峰、碳中和的背景下，锂离子电池正在推动一场绿色的工业革命。据中国汽车工业协会统计，我国1
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10月份新能源汽车销量破250万辆，同比增长1.8倍。在5G基站建设以及电网需求刺激下，储能市场也已步入快车道，迎来高速发展。从新能源汽车到储能市场，预计到2025年全球动力电池及储能的出货量将达到1516GWh。在对量能需求快速增长的同时，对电池性能的要求也越来越严格，低端、低性能产品将很快被市场所淘汰。目前的里程焦虑是限制新能源汽车的一个重大拦路虎，另外工信部刚刚发布的《锂离子电池行业规范条件》征求意见稿中明确指出电池及磷酸铁锂材料的性能要求，其中能量型磷酸铁锂电池单体能量密度≥180Wh/kg。单体电池能量的发挥主要受限于正极材料的比容量以及压实密度。磷酸铁锂材料理论比容量为170mAh/g，实际已接近理论值，提升空间不大。而磷酸铁锂材料理论真密度为3.6g/cm3，实际生产中极片压实2.3
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2.4g/cm3居多，存在较大进步空间。
[0004]目前大部分研究者主要根据最密堆积，通过大小颗粒混合的方式来增加磷酸铁锂材料的压实密度。比如CN113745503A通过构筑不同的反应阶段来获得不同颗粒大小的高压实磷酸铁锂材料。CN113582150A、CN112875671A、CN111392705B、CN111217347A均是通过不同的方式获得不同粒度大小的前驱体，然后烧结获得高压实磷酸铁锂材料。CN111082052A通过气流粉碎将不同粒度大小的磷酸铁锂进行混合，从而获得高压实磷酸铁锂材料。以上方法均是通过大小颗粒混合来增加磷酸铁锂填充量，而非增加磷酸铁锂材料本身的密度。另外大小颗粒混合，大小颗粒锂离子传输路径长短不一，充放电深度存在较大差异，影响材料性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是针对上述技术方面存在的问题及不足，提供了一种高压实磷酸铁锂材料的烧结方法及制备方法，实现磷酸铁锂材料的高压实密度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术高压实磷酸铁锂材料的烧结方法，其特征在于，烧结步骤如下，1）将干燥的磷酸铁锂前驱体材料置于高温炉中进行高温烧结，烧结过程中通入惰性气体；2）从常温升高至烧结温度为680
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780℃，该温度范围保温时间为4
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12h；3）升温过程及保温过程前2h，高温炉的排废口全部打开，调整惰性气体进气流量，
保持高温炉压力为正压环境，防止空气进入炉内，保证烧结处于惰性环境中；4）保温2h后，排废口全部关闭，调整惰性气体进气流量，保持高温炉压力高于标准大气压。
[0007]根据所述的高压实磷酸铁锂材料的烧结方法，步骤3）中，通入惰性气体将高温炉的压力调整至30
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100kpa。
[0008]根据所述的高压实磷酸铁锂材料的烧结方法，步骤4）中，高温炉排废口全部关闭并通入惰性气体，高温炉内的压力处于0.1
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0.5Mpa。
[0009]本专利技术第二主题，高压实磷酸铁锂材料，原料包括溶剂、锂源、磷酸铁、碳源，溶剂与锂源、磷酸铁、碳源的质量和加入比例为1:1~3:1。
[0010]根据所述的高压实磷酸铁锂材料，溶剂为水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合溶液，碳源为有机高分子化合物。
[0011]根据所述的高压实磷酸铁锂材料，锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或几种，碳源为蔗糖、葡萄糖、淀粉或聚乙二醇中的一种或多种。
[0012]本专利技术第三主题，高压实磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤，（1）首先向溶剂中按一定比例加入锂源、磷酸铁、碳源，利用双行星搅拌机混合均匀；（2）将步骤(1)所得到的混合浆料进行破碎处理，并控制浆料粒度的大小；（3）对步骤(2)破碎处理后的浆料进行干燥；（4）将步骤(3)干燥后的物料置于高温炉中进行高温烧结，根据权利要求1中的烧结方法步骤进行烧结；（5）将步骤(4)烧结后的磷酸铁锂进行破碎处理，粒度D50控制在0.8
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2.0μm。
[0013]根据所述一种高压实磷酸铁锂材料的制备方法，步骤（2）中破碎设备为砂磨机或球磨机，步骤（3）中干燥方式为喷雾干燥或微波干燥，步骤（5）中破碎方式可为气流粉碎破碎或机械破碎。
[0014]根据所述一种高压实磷酸铁锂材料的制备方法，步骤（2）中浆料粒度D50的范围为200
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1000nm。
[0015]本专利技术与现有的技术相比，本专利技术具有以下特点：本专利技术对磷酸铁锂进行高温烧结时，不同的反应阶段，采用不同的炉压。首先在升温阶段产生大量的水气以及680
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780℃保温前2h反应产生大量的废气，该阶段前期将排废口全部打开，有利于废气排出。同时，保持炉内微正压，防止空气进入炉内，保证烧结处于惰性环境中，减少烧结时杂质气体对磷酸铁锂烧结温度的影响。
[0016]再就是在680
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780℃烧结保温2h后，烧结反应已结束，此时主要为晶体生长过程，该过程将排废口关闭，同时增大惰性气体进气流量，使炉内压力处于0.1
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0.5Mpa，磷酸铁锂在晶体生长时处于高压环境中，使得所得磷酸铁锂颗粒更加密实，从而可以获得高压实磷酸铁锂材料。
[0017]同时，高压环境，有利于碳源进入磷酸铁锂一次颗粒之间的缝隙内，从而实现对一次颗粒完整的碳包覆。
附图说明
[0018]图1为本专利技术对比例1 制备的磷酸铁锂扫描电镜图。
[0019]图2为本专利技术实施例1 制备的磷酸铁锂扫描电镜图。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0021]本专利技术的的高压实磷酸铁锂材料的烧结方法，具体烧结过程采用以下步骤：步骤一，将干燥的磷酸铁锂前驱体材料置于高温炉中进行高温烧结，烧结过程中通入惰性气体。
[0022]步骤二，高温炉从常温升高至烧结温度为680
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780℃，该温度范围保温时间为4
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12h；步骤三，升温过程及保温过程前2h，高温炉的排废口全部打开，调整惰性气体进气流量，保持高温炉压力为正压环境，具体为30
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100kpa，正压环境防止空气进入炉内，保证烧结处于惰性环境中；步骤四，保温2h后，排废口全部关闭，调整惰性气体进气流量，保持高温炉内的压力处于0.1
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0.5Mpa范围。
[0023]对本专利技术高压实磷酸铁锂材料的烧结方法中各步骤的优点效果进行详细说明，步骤一中，惰性气体将高温炉内的空气排出，能够避免烧结时磷酸铁锂材料与空气中成分反应造成过量杂质。
[0024]步骤三中，在烧结升温过程及升温过程后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压实磷酸铁锂材料的烧结方法，其特征在于，烧结步骤如下，（1）将干燥的磷酸铁锂前驱体材料置于高温炉中进行高温烧结，烧结过程中通入惰性气体；（2） 从常温升高至烧结温度为680
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780℃，该温度范围保温时间为4
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12h；（3）升温过程及保温过程前2h，高温炉的排废口全部打开，调整惰性气体进气流量，保持高温炉压力为正压环境，防止空气进入炉内，保证烧结处于惰性环境中；（4）保温2h后，排废口全部关闭，调整惰性气体进气流量，保持高温炉压力高于标准大气压，直至达到烧结时间结束。2.根据权利要求1所述的高压实磷酸铁锂材料的烧结方法，其特征在于，步骤3）中，通入惰性气体将高温炉的压力调整至30
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100kpa。3.根据权利要求1所述的高压实磷酸铁锂材料的烧结方法，其特征在于，步骤4）中，高温炉排废口全部关闭并通入惰性气体，高温炉内的压力处于0.1
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0.5Mpa。4.一种根据权利要求1所述的高压实磷酸铁锂材料，其特征是，磷酸铁锂前驱体材料原料包括溶剂、锂源、磷酸铁、碳源，溶剂与锂源、磷酸铁、碳源的质量和加入比例为1:1~3:1。5.根据权利要求4所述的高压实磷酸铁锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏东，宋君臣，张敬捧，王勇，
申请(专利权)人：山东精工电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：