一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将二水磷酸铁、锂源、磷源、碳源、二氧化钛和铁源掺杂剂在溶剂中混合，混合物经砂磨后得到浆料；S2.将所述浆料干燥，得到磷酸铁锂前驱体；S3.将所述磷酸铁锂前驱体在惰性气氛下进行三段高温分段煅烧，然后经粉碎后得到高倍率磷酸铁锂正极材料。本申请选用磷酸铁前置物二水磷酸铁为主要铁源，省去了前驱体制备步骤，降低了工业成本，再添加合适的铁源掺杂剂，既不引入新的杂质，同时提高了材料的电性能，再采用分段烧结工艺，细化了晶粒，进一步提高了磷酸铁锂材料综合性能。铁锂材料综合性能。铁锂材料综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为新能源技术的市场化产品之一，现阶段在汽车动力、规模储能、便携设备等领域广泛应用。磷酸铁锂凭借其优异的结构稳定性、超长的循环使用寿命、卓越的安全性能以及环保的优势成为主流的锂离子电池正极材料。但是随着磷酸铁锂在动力领域的应用，其自身的电化学性能已经难以满足市场的需求，在可规模化生产的前提下提高磷酸铁锂材料的电性能是未来发展的重点。
[0003]磷酸铁锂材料安全环保、价格低廉，作为电极材料理论容量高，结构稳定性好，循环寿命长。然而，该材料的导电性较差，脱/嵌锂能力较低，这导致其实际容量低于理论值，碳包覆与金属离子掺杂可有效地提高磷酸铁锂的导电性，增加其充放电比容量。而磷酸铁工艺使用碳热还原法发开的磷酸铁锂材料虽然性能优越、压实密度也较高，但其倍率性能仍难以满足动力市场的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于为解决现有技术的不足而提供一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法。
[0005]本专利技术的目的是以下述技术方案实现的：
[0006]一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：
[0007]S1.将二水磷酸铁、锂源、磷源、碳源、二氧化钛和铁源掺杂剂在溶剂中混合，混合物经砂磨后得到浆料；所述铁源掺杂剂占成品质量的500～10000ppm；所述铁源掺杂剂为含有C、H、O中一种或多种元素的铁化合物；
[0008]S2.将所述浆料干燥，得到磷酸铁锂前驱体；
[0009]S3.将所述磷酸铁锂前驱体在惰性气氛下进行高温分段煅烧，然后经粉碎后得到高倍率磷酸铁锂正极材料；所述高温分段煅烧工序如下：
[0010](4)在260～290℃下保温2～4h；
[0011](5)在620～680℃下保温2～3h；
[0012](6)在720～800℃下保温5～7h。
[0013]优选的，步骤S1全部原料中，总锂、总铁、总磷的摩尔比为(1.00～1.20)：(0.93～0.99):1。
[0014]优选的，所述锂源为选自碳酸锂、氢氧化锂、磷酸锂、硝酸锂、氯化锂、磷酸二氢锂中的一种或多种组合；所述磷源为选自磷酸、磷酸铁、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二铵中的一种或多种组合。
[0015]优选的，所述碳源为选自葡萄糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、抗坏血酸中的一种或多种
组合。
[0016]优选的，步骤S1所述铁源掺杂剂为选自氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑、氢氧化铁、碳酸铁中一种或多种组合。
[0017]优选的，步骤S1所述砂磨后控制浆料D50粒径为0.30～0.45μm。
[0018]优选的，步骤S1所述碳源总用量占成品磷酸铁锂质量的10％～20％，所述二氧化钛用量占成品质量的1000～5000ppm。
[0019]优选的，步骤S2所述干燥采用喷雾干燥，进风温度为180～250℃，出风温度为80～110℃。
[0020]优选的，步骤S3所述高温分段煅烧的三段升温速率分别为1～5℃/min、1～5℃/min、3～15℃/min。
[0021]优选的，步骤S3所述粉碎方式为气流粉碎，粉碎后粒径D50控制在0.8～1.5μm。
[0022]本申请选用磷酸铁前置物二水磷酸铁为主要铁源，省去了前驱体制备步骤，降低了工业成本，再添加合适的铁源掺杂剂，既不引入新的杂质，同时提高了材料的电性能，再采用分段烧结工艺，细化了晶粒，进一步提高了磷酸铁锂材料综合性能。而且本专利技术操作简单，方法易行，便于规模化生产，可在现行磷酸铁工艺的基础上直接改进生产，适宜规模化推广使用。
附图说明
[0023]图1是实施例1的磷酸铁锂成品SEM图；
[0024]图2是实施例1的磷酸铁锂成品的XRD图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：
[0026]S1.将二水磷酸铁、锂源、磷源、碳源、二氧化钛和铁源掺杂剂在溶剂中混合，混合物经砂磨后得到浆料；铁源掺杂剂占成品质量的500～10000ppm；铁源掺杂剂为含有C、H、O中一种或多种元素的铁化合物；
[0027]S2.将浆料干燥，得到磷酸铁锂前驱体；
[0028]S3.将磷酸铁锂前驱体在惰性气氛下进行高温分段煅烧，然后经粉碎后得到高倍率磷酸铁锂正极材料；高温分段煅烧工序如下：
[0029](7)在260～290℃下保温2～4h；
[0030](8)在620～680℃下保温2～3h；
[0031](9)在720～800℃下保温5～7h。
[0032]本申请采用二水磷酸铁和铁源掺杂剂为铁源，其中二水磷酸铁为磷酸铁前置物，选其为铁源省去了磷酸铁制备的闪蒸、焙烧、破碎等步骤，凭借其粒径较小且分散度高的形貌特点，不仅缩短了磷酸铁锂的合成时间，节约了工业成本，同时可减轻由于前驱体形貌、粒径等对最终成品的影响。掺杂剂主要元素为Fe，其他元素为O、H、C等，经高温反应后在磷酸铁锂成品中不会引入其他杂质。所选用掺杂剂与二水磷酸铁同为铁源，但因其具有不同的反应活性，在合成的磷酸铁锂材料中形成了局部缺陷增强了材料的充放电性能。并在原料中添加二氧化钛，具有抑制晶粒生长、提高材料导电性、提升材料低温性能的优点。然后
经过砂磨，使原料浆料充分分散且混合均匀，细化前驱体颗粒并完成碳源对前驱体的均匀包覆，有助于煅烧后得到适宜粒径的产品。再经过干燥煅烧得到磷酸铁锂产品。
[0033]而且本申请所选用煅烧方式为分段梯度煅烧，具有增强碳层包覆效果，细化晶粒的优点。第一段烧结作用为蒸发二水磷酸铁中的结晶水，蒸发的结晶水将由辊道窑流通的惰性气体(如氮气)裹挟带离。第二段烧结作用为活化前驱体，促进晶粒成核，同时促使碳源分解，增强碳层的包覆效果。第三段烧结作用为使原料充分反应，提高晶粒结晶程度。
[0034]因此，本申请选用磷酸铁前置物二水磷酸铁为主要铁源，省去了前驱体制备步骤，降低了工业成本，再添加合适的铁源掺杂剂，既不引入新的杂质，同时提高了材料的电性能，再采用分段烧结工艺，细化了晶粒，进一步提高了磷酸铁锂材料综合性能。而且本专利技术操作简单，方法易行，便于规模化生产，可在现行磷酸铁工艺的基础上直接改进生产，适宜规模化推广使用。
[0035]优选的，溶剂采用纯化水。
[0036]优选的，步骤S1全部原料中，总锂、总铁、总磷的摩尔比为(1.00～1.20)：(0.93～0.99):1。这三种原料中，根据其化学式组成，锂略微过量，而铁则相反，用量较少，锂过量首先是因为高温下锂会挥发，部分的锂不能以离子态进入到离子晶格中，以致容量损失；同时锂作为助熔剂，适当过量可抑制颗粒过烧，有助于电池中锂离子的脱/嵌。铁少量的主要作用是为在晶格中产生铁空位，以降低锂离子的扩散能垒，增加其在一维通道中的传输速率，提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将二水磷酸铁、锂源、磷源、碳源、二氧化钛和铁源掺杂剂在溶剂中混合，混合物经砂磨后得到浆料；所述铁源掺杂剂占成品质量的500～10000ppm；所述铁源掺杂剂为含有C、H、O中一种或多种元素的铁化合物；S2.将所述浆料干燥，得到磷酸铁锂前驱体；S3.将所述磷酸铁锂前驱体在惰性气氛下进行高温分段煅烧，然后经粉碎后得到高倍率磷酸铁锂正极材料；所述高温分段煅烧工序如下：(1)在260～290℃下保温2～4h；(2)在620～680℃下保温2～3h；(3)在720～800℃下保温5～7h。2.如权利要求1所述的分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法，其特征在于，步骤S1全部原料中，总锂、总铁、总磷的摩尔比为(1.00～1.20)：(0.93～0.99):1。3.如权利要求1所述的分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法，其特征在于，所述锂源为选自碳酸锂、氢氧化锂、磷酸锂、硝酸锂、氯化锂、磷酸二氢锂中的一种或多种组合；所述磷源为选自磷酸、磷酸铁、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二铵中的一种或多种组合。4.如权利要求1所述的分段烧结制备高性能磷酸铁锂的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫明，王洋，任明明，豆君，董朝阳，曲海莹，马春阳，郭飞飞，
申请(专利权)人：河南龙佰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：