一种磷酸铁锂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磷酸铁锂的制备方法，该方法是采用小颗粒磷酸铁和小颗粒球形碳酸锂做为铁、磷、锂源，加入碳源混合均匀后压块煅烧得到磷酸铁锂，再经过粉碎、筛分、除铁后真空包装；其中磷酸铁的D50为0.2

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源电池
,涉及一种锂离子电池正极材料,尤其是磷酸铁锂的制备方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。
[0003]磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池证。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用中，均无污染，因此该电池成为国家重点支持和鼓励发展的项目。
[0004]随着新能源汽车的发展，对动力电池的需求越来越多，而磷酸铁锂的高安全性，以及其性能的逐步提升，使得其在动力电池的占比越来越高，目前已经达到60%以上。预计2022年，全年磷酸铁锂的需求将达到120万吨以上。
[0005]常规的磷酸铁锂的制备工艺包括：固相法，将铁源、磷源、锂源和碳源加入纯水浆化后，经过纳米化研磨，然后干燥后，煅烧，得到磷酸铁锂；水溶液法，采用硝酸铁加磷酸，再加入锂盐和碳源一起，经过自热蒸发，得到固体，然后高温煅烧，得到磷酸铁锂。
[0006]固相法存在工艺流程长，能耗高，成本高的缺点。因为需要经过纳米化研磨这一步，同时也需要喷雾干燥，将水蒸发出来。这两步都需要消耗大量的能耗，同时设备造价很高，效率很低。根据计算，在这两步，总计的费用，包括人工、设备折旧、能耗等，每吨磷酸铁锂的这两步的费用大约为3500元左右，按照年产一万吨的产线，则这两步的费用大约为3500万。
[0007]水溶液法主要存在的问题是，会产生得到大量的氮氧化物，环保性差，且碳包覆存在一定的问题。
[0008]在第201711025498.7号专利公开了一种基于密堆积磷酸铁锂前驱体材料的制造方法，该方法包括以下工艺过程：步骤一：制备球形磷酸铁：将无水磷酸铁进行干法球磨，得到平均粒度0.3
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3μm的球形磷酸铁；步骤二：制备球形前驱体：通过使用短碳链糖醇作为碳源，球形磷酸铁与锂源和碳源混合均匀后，加入纯净水，在水溶液体系下研磨，然后喷雾干燥法制成5
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50μm直径的干燥球形前驱体；步骤三：制备高密度磷酸铁锂：通过转炉式高温烧结，在N2氛围的保护下，580
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780℃煅烧、保温，得到高压实密度磷酸铁锂材料。该技术方案具有的不足为：磷酸铁需要先进行干法球磨，然后还需要与锂源一起加水，进行湿法研磨，然后喷雾干燥的过程，流程长，成本高，能耗高。
[0009]在第201910974300.2号专利公开了一种高能量密度磷酸铁锂的制备方法，该专利技术的制备方法，将碳酸氢铵溶解于水，配制成饱和溶液，然后降温，恒温此温度，同时加入硫酸亚铁溶液和磷酸铵溶液，再加入酸碱调节剂和双氧水，得到反应浆料，过滤、洗涤后烘干，将
烘干料加入乙醇
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钛酸丁酯溶液，搅拌浆化均匀后，进行喷雾干燥，得到干燥料，将干燥料在氮气气氛下回转炉内煅烧，得到碳钛复合无水磷酸铁，再与锂源、碳源混合均匀后，磨细和干燥，得到的干燥料放入到辊道炉内，在惰性气氛保护下煅烧，冷却后得到煅烧料，煅烧料经过气流粉碎后，筛分除铁得到磷酸铁锂。该技术方案具有的不足为：在合成磷酸铁过程，需要喷雾干燥，同时在磷酸铁锂制备过程，依然涉及到进行磨细和干燥，所以此工艺依然成本高、流程长、能耗高。
[0010]第202210578073.3号专利公开了用于制备磷酸铁锂的组合物、磷酸铁锂及其制备方法、电池正极材料，该用于制备磷酸铁锂的组合物包括磷铁源和锂源，磷铁源为二水磷酸铁，锂源为碳酸锂和草酸锂中的至少一种，该组合物能够在一定程度上解决目前干法混合方式存在的物料混合不均问题，从而保证磷酸铁锂的性能，其中磷铁源的一次粒径为30～80nm，锂源的一次粒径为20～50nm。该技术方案具有的不足为：此工艺虽然也提及干法混料，但是需要制备磷铁源的一次粒径为30～80nm，锂源的一次粒径为20～50nm，此磷酸铁源和锂源的制造工艺比较复杂，且此工艺以一次粒径来监控磷酸铁和锂源，没有管控磷酸铁和锂源的D50，而决定磷酸铁和锂源接触面积的，其实是物料的D50，如果磷酸铁和锂源的D50偏大，则两者的接触面积太小，会反应不充分，且D50决定了最终磷酸铁锂的尺寸，如果D50偏大，则最终产品的性能会降低。
[0011]鉴于上述，有必要对现有技术进一步完善。

技术实现思路

[0012]本专利技术为了解决上述现有技术问题，而提出了一种工艺流程短、成本低、碳源混合更均匀、碳包覆更完整的采用小颗粒磷酸铁和小颗粒球形碳酸锂做为铁、磷、锂源的磷酸铁锂的制备方法。
[0013]本专利技术是通过以下技术方案实现的：上述的磷酸铁锂的制备方法，是采用小颗粒磷酸铁和小颗粒球形碳酸锂做为铁、磷、锂源，加入碳源混合均匀后压块煅烧得到磷酸铁锂，再经过粉碎、筛分、除铁后真空包装；其中磷酸铁的D50为0.2
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0.4μm，D100≤0.8μm；碳酸锂的D50为1
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3μm，D100≤8μ m。
[0014]所述的磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：第一，制备小颗粒磷酸铁将氢氧化钠溶液和钛酸丁酯并流加入铁盐溶液中，钛酸丁酯与铁盐溶液中的铁的摩尔比为1:100
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200，在转速为500
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800r/min下加入，温度为20
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40℃，加料至浆料的pH为9
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11，得到浆料，然后将浆料加入磷酸二氢铵、醋酸和分散剂的混合溶液，然后放入到高压反应釜内，在搅拌状态下，温度为130
‑
160℃反应2
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4h，搅拌速度为200
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400r/min，经过过滤、洗涤、微波干燥后筛分，得到小颗粒磷酸铁；第二，制备小颗粒球形碳酸锂将工业级碳酸锂加入纯水浆化，固液质量比为1:2
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3，分散混合搅拌，然后通入二氧化碳，将碳酸锂转化为碳酸氢锂，溶解于水，控制终点pH为7.5
‑
8.5，然后过滤，得到的滤液加入石蜡乳液，石蜡乳液的固含量为30
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50%，加入石蜡乳液的体积为碳酸氢锂滤液体积的2%
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5%，然后喷雾干燥，喷雾干燥时，维持雾化轮转速为15000
‑
18000r/min,维持干燥塔内的温度为100
‑
105℃，通过旋风收尘，得到小颗粒球形碳酸锂；
第三，将上述制备的小颗粒磷酸铁和小颗粒球形碳酸锂，混合碳源后，经过混料机混合均匀，然后放入匣钵内，压块；第四，压块料进入辊道炉内煅烧，经过升温段、保温段和冷却段后出料，得到磷酸铁锂；第五，粉碎、筛分、除铁后真空包装。
[0015]3、如权利要求2所述的磷酸铁锂的制备方法，其特征在于：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂的制备方法，是采用小颗粒磷酸铁和小颗粒球形碳酸锂做为铁、磷、锂源，加入碳源混合均匀后压块煅烧得到磷酸铁锂，再经过粉碎、筛分、除铁后真空包装；其中磷酸铁的D50为0.2
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0.4μm，D100≤0.8μm；碳酸锂的D50为1
‑
3μm，D100≤8μm。2.如权利要求1所述的磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：第一，制备小颗粒磷酸铁将氢氧化钠溶液和钛酸丁酯并流加入铁盐溶液中，钛酸丁酯与铁盐溶液中的铁的摩尔比为1:100
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200，在转速为500
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800r/min下加入，温度为20
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40℃，加料至浆料的pH为9
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11，得到浆料，然后将浆料加入磷酸二氢铵、醋酸和分散剂的混合溶液，然后放入到高压反应釜内，在搅拌状态下，温度为130
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160℃反应2
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4h，搅拌速度为200
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400r/min，经过过滤、洗涤、微波干燥后筛分，得到小颗粒磷酸铁；第二，制备小颗粒球形碳酸锂将工业级碳酸锂加入纯水浆化，固液质量比为1:2
‑
3，分散混合搅拌，然后通入二氧化碳，将碳酸锂转化为碳酸氢锂，溶解于水，控制终点pH为7.5
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8.5，然后过滤，得到的滤液加入石蜡乳液，石蜡乳液的固含量为30
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50%，加入石蜡乳液的体积为碳酸氢锂滤液体积的2%
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5%，然后喷雾干燥，喷雾干燥时，维持雾化轮转速为15000
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18000r/min,维持干燥塔内的温度为100
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105℃，通过旋风收尘，得到小颗粒球形碳酸锂；第三，将上述制备的小颗粒磷酸铁和小颗粒球形碳酸锂，混合碳源后，经过混料机混合均匀，然后放入匣钵内，压块；第四，压块料进入辊道炉内煅烧，经过升温段、保温段和冷却段后出料，得到磷酸铁锂；第五，粉碎、筛分、除铁后真空包装。3.如权利要求2所述的磷酸铁锂的制备方法，其特征在于：所述第一步中，氢氧化钠溶液的浓度为8
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10mol/L，铁盐溶液的浓度为1.5
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2.5mol/L，加入时间为15
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45min；磷酸二氢铵、醋酸和分散剂的混合溶液中磷酸二氢铵的浓度为1.5
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2mol/L；加料完毕后，继续搅拌反应30
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60min，搅拌过程采用分散搅拌桨；洗涤至洗涤水的电导率≤100μS/cm后停止洗涤，微波干燥的温度为80
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120℃，筛分采用100
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200目超声波振动筛。4.如权利要求2所述的磷酸铁锂的制备方法，其特征在于：所述第一步中，铁盐中的铁、磷酸二氢铵、醋酸和分散剂的摩尔比为1:1.1

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤，杨娇娇，吕飞，
申请(专利权)人：安庆德润新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：