一种采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法，包括以下步骤：(1)配置亚铁盐溶液，在搅拌条件下，向亚铁盐溶液加入可溶性碳酸盐或碳酸氢盐，产生碳酸亚铁沉淀，固液分离并用去离子水洗涤后，得到湿的FeCO3沉淀产物；(2)向湿的FeCO3沉淀产物中加入含磷酸、磷酸氢根或磷酸根的化合物，接着在搅拌和加热条件下进行反应，生成磷酸氢亚铁固液混合物；然后再加入量锂源和碳源，继续搅拌反应，生成磷酸亚铁锂前驱体；(3)将的磷酸亚铁锂前驱体在惰性气氛下，进行热处理，热处理完毕后，进行冷却并粉碎，得到灰黑色的磷酸亚铁锂正极材料。本发明专利技术中方法，无需球磨，液相条件下进行混合，混合更均匀；且热处理时间短且温度低、生产成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法


[0001]本专利技术属于新能源材料制备
，具体涉及一种采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂正极材料具有优良的充放电性能，使用过程安全性高，且环保无毒、价格低廉的特点，并被大量应用于动力和储能领域。
[0003]磷酸铁锂正极材料最早是Goodenough等采用草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂与葡萄糖经研磨混合后在惰性气氛中进行烧结合成，称高温固相法。国内外目前研究的内容主要是选用更廉价、更易获得的铁盐、磷源、锂盐，如磷酸铁代替草酸亚铁与磷酸二氢铵。总来说，高温固相法制备磷酸铁锂正极材料，尚存在球磨混匀时间长，烧结温度高且时间长等缺点。水热法生产磷酸铁锂正极材料存在需要耐高温、高压这样昂贵设备，以及安全性问题。溶剂热法合成磷酸铁锂通常选取耐高温的溶剂，分离难、成本高。溶胶凝胶法一般采用铁的有机物，导致成本高；现有报道采用硝酸铁或硫酸亚铁代替铁的有机物，必然在制备过程产生有毒的NO2或低浓度SO2，引起环境污染。因此，开发原材料来源广、不需要球磨、不需要耐高温高压设备、热处理时间短且温度低、生产成本低、易于得到包覆完全和可掺杂改性的磷酸亚铁锂正极材料的制备方法，显得非常重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种不需要球磨、不需要耐高温高压设备、热处理时间短且温度低、生产成本低的采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法。
[0005]本专利技术这种采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法，包括以下步骤：
[0006](1)配置亚铁盐溶液，在搅拌条件下，向亚铁盐溶液加入可溶性碳酸盐或碳酸氢盐，产生碳酸亚铁沉淀，固液分离并用去离子水洗涤后，得到湿的FeCO3沉淀产物；
[0007](2)向步骤(1)中湿的FeCO3沉淀产物中加入含磷酸、磷酸根或磷酸氢根的化合物，接着在搅拌和加热条件下进行反应，生成磷酸氢亚铁固液混合物；然后再加入一定量锂源和碳源，继续搅拌反应，生成磷酸亚铁锂前驱体；
[0008](3)将步骤(2)中的磷酸亚铁锂前驱体在惰性气氛下，进行热处理，热处理完毕后，进行冷却并粉碎，得到灰黑色的磷酸亚铁锂正极材料。
[0009]所述步骤(1)中，亚铁盐为硝酸亚铁、硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种，亚铁盐的浓度为0.5～3mol/L，配置温度为常温；可溶性碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵中的一种，碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵中的一种；可溶性碳酸盐或碳酸氢盐的加入量为与亚铁离子生成碳酸亚铁反应式所消耗理论量的1
‑
1.2倍；沉淀搅拌反应的时间为0.5～3h，去离子水洗涤次数为1～3次。
[0010]所述步骤(2)中，含磷酸、磷酸氢根或磷酸根的化合物为磷酸、磷酸铵、磷酸氢铵或磷酸二氢铵中的一种或多种，含磷酸、磷酸根或磷酸氢根的化合物的加入量为亚铁离子的
摩尔数1～1.05倍；反应温度为常温～95℃，反应时间为0.5～5h；锂源为氢氧化锂或碳酸锂中的一种；锂源的加入量为磷酸氢亚铁反应生成磷酸亚铁锂用量的1～1.05倍计算；碳源为可溶解于水的碳水化合物，优选为葡萄糖、蔗糖、淀粉、多元醇中的一种；碳源加入量为按理论生成LiFePO4质量的1～15％，继续反应时间为0.5～5h。
[0011]所述步骤(3)中，惰性气氛为氮气或氩气气氛；热处理温度为150℃～800℃，优选为650～700℃，热处理方式为喷雾干燥、闪蒸干燥、真空干燥、桨叶式干燥、辊道窑烧结、回转窑烧结方法中的一种或多种的组合；优选为辊道窑烧结或回转窑烧结；根据干燥方式和热处理温度的不同，热处理时间范围为0.1
‑
600min，优选为5～7h。
[0012]本专利技术的有益效果：1)本专利技术中采用全液相法制备磷酸亚铁锂正极材料，无需球磨，不需要耐高温、高压设备，液相条件下进行混合，混合更均匀；且热处理时间短且温度低、生产成本低。2)本专利技术中采用的原料均为无机材料，制备过程中不会产生有毒的NO2或低浓度SO2，制备得到的正极材料电化学性能也比较好。
附图说明
[0013]图1本专利技术制备磷酸亚铁锂正极材料的工艺流程图。
[0014]图2实施例1和2以及对比例1制备的磷酸亚铁锂正极材料的XRD图谱，(A)
‑
实施例1；(B)
‑
实施例2；(C)
‑
对比例1。
[0015]图3实施例1和2以及对比例1制备磷酸亚铁锂正极材料的SEM图，(A)
‑
实施例1；(B)
‑
实施例2；(C)
‑
对比例1。
[0016]图4实施例1和2以及对比例1磷酸亚铁锂正极材料的电容量图，A线
‑
实施例1；B线
‑
实施例2；C线
‑
对比例1。
具体实施方式
[0017]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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
[0018]本专利技术的制备流程图如图1所示，具体步骤可见实施例。
[0019]实施例1
[0020]称取278gFeSO4·
7H2O溶于去离子水，配成0.5L硫酸亚铁溶液，[Fe
2+
]为2.0mol/L，加入0.5L含碳酸钠2.05mol/L溶液，继续搅拌1h，分离产物FeCO3，分离；再用去离子水洗涤2次，洗去吸附的硫酸根。向1mol湿的FeCO3中加入1mol 85％浓度磷酸，加温至45℃并搅拌2h，生成磷酸氢亚铁固液混合物。再向固液混合物中加入1.05mol LiOH
·
H2O与12g葡萄糖，继续搅拌2h，生成磷酸亚铁锂前驱体。得到前驱体在氮气气氛、650℃下回转窑中煅烧6h，冷却后、粉碎得到灰黑色粉末，即为磷酸亚铁锂。对本实施例制备的磷酸亚铁锂进行XRD和SEM表征，其结果如图2(A)和3(A)所示，其XRD谱线与磷酸亚铁锂谱线一致；其微观形貌为较均匀的球形颗粒，大小介于0.5～1.5um之间。本实施例制备的磷酸亚铁锂电化学性能如图4中A线所示，在0.1C倍率下，其首次放电比容量为164.5mA
·
h/g。
[0021]实施例2
[0022]称取278gFeSO4·
7H2O溶于去离子水，配成1.0L硫酸亚铁溶液，[Fe
2+
]为1.0mol/L，常温搅拌，加入理论消耗量1.2倍的碳酸氢铵粉末，继续搅拌1h，分离产物FeCO3；再用去离子水洗涤1次，洗去吸附的硫酸根。向1mol湿的FeCO3中加入1mol NH4H2PO4，常温并搅拌4h，生成磷酸氢亚铁固液混合物。再向上述溶液中加入0.52mol Li2CO3与12g葡萄糖，继续搅拌2h，生成磷酸亚铁锂前驱体。得到前驱体在氩气气氛、7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法，包括以下步骤：(1)配置亚铁盐溶液，在搅拌条件下，向亚铁盐溶液加入可溶性碳酸盐或碳酸氢盐，产生碳酸亚铁沉淀，固液分离并用去离子水洗涤后，得到湿的FeCO3沉淀产物；(2)向步骤(1)中湿的FeCO3沉淀产物中加入含磷酸、磷酸氢根或磷酸根的化合物，接着在搅拌和加热条件下进行反应，生成磷酸氢亚铁固液混合物；然后再加入一定量锂源和碳源，继续搅拌反应，生成磷酸亚铁锂前驱体；(3)将步骤(2)中的磷酸亚铁锂前驱体在惰性气氛下，进行热处理，热处理完毕后，进行冷却并粉碎，得到灰黑色的磷酸亚铁锂正极材料。2.根据权利要求1所述的采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，亚铁盐为硝酸亚铁、硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种，亚铁盐的浓度为0.5～3mol/L，配置温度为常温。3.根据权利要求1或2所述的采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，可溶性碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵中的一种，碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵中的一种；可溶性碳酸盐或碳酸氢盐的加入量为与亚铁离子生成碳酸亚铁反应式所消耗理论量的1
‑
1.2倍；沉淀搅拌反应的时间为0.5～3h，去离子水洗涤次数为1～3次。4.根据权利要求1所述的采用液相法制备磷酸亚铁锂正极材料的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红剑，杨声海，
申请(专利权)人：杨声海，
类型：发明
国别省市：