一种碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法技术

本发明专利技术属于锂电池正极材料技术领域，公开了一种碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法，包括：磷酸铁、碳酸锂、醋酸锰的制备；将制备的磷酸铁、碳酸锂、锰盐、磷酸二氢锰、碳源按比例混合后利用球磨机进行球磨得到前驱体；将得到的前驱体和水在密闭的反应釜内通入二氧化碳控制反应釜的搅拌组件搅拌至溶液清澈；将所述清澈溶液利用压力喷雾干燥装置进行喷雾干燥处理，将喷雾干燥产物放置于管式炉中进行煅烧；将所述煅烧产物自然冷却至室温，利用球磨装置进行粉碎处理，得到碳掺杂磷酸铁锰锂。本发明专利技术的制备过程简便，且反应过程能够进行智能化的控制，保证了制备过程的稳定可控以及产物的稳定。本发明专利技术的碳掺杂磷酸铁锰锂电化学性能好，实用性大大提升。大提升。大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池正极材料
，尤其涉及一种碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，磷酸锰铁锂(LiMnxFe1
‑
xPO4)是在磷酸铁锂(LiFePO4)的基础上掺杂一定比例的锰(Mn)而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料。通过锰元素的掺杂，一方面使得铁和锰两种元素的优势特点能够有效结合，而另一方面锰和铁在元素周期表中都位于第四周期副族且相邻，具有相近的离子半径以及部分化学性质，故而掺杂不会明显影响原有的结构。磷酸锰锂(lithium manganese(II)phosphate)，化学式：LiMnPO4，是一种天然矿物或者人工合成的三元锂电池电极材料。该物质具有橄榄石状的晶体结构，导致其作为电极材料时物理化学性质稳定。且磷酸锰锂具有171mAh/g的比容量以及4.1V左右的放电平台(vs Li/Li+)这也使得磷酸锰锂成为了新一代锂离子动力电池的理想材料。然而，现有碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法采用的碳酸锂含有杂质，导致制备的碳掺杂磷酸铁锰锂质量差；同时，采用的醋酸锰纯度低，导致制备碳掺杂磷酸铁锰锂效率低；现有碳掺杂磷酸铁锰锂制备过程繁琐且不易控制，得到的产物电化学性能不佳。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法采用的碳酸锂含有杂质，导致制备的碳掺杂磷酸铁锰锂质量差；采用的醋酸锰纯度低，导致制备碳掺杂磷酸铁锰锂效率低；
[0005](2)现有碳掺杂磷酸铁锰锂制备过程繁琐且不易控制，得到的产物电化学性能不佳。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法，所述碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法包括：
[0008]步骤一，利用磷酸、还原铁粉通过加热、高磁过滤、奥斯瓦尔德熟化反应制备磷酸铁；进行碳酸锂、醋酸锰的制备；
[0009]步骤二，将制备的磷酸铁、碳酸锂、锰盐、磷酸二氢锰、碳源按比例混合后利用球磨机进行球磨得到前驱体；
[0010]步骤三，将得到的前驱体和水在密闭的反应釜内通入二氧化碳控制反应釜的搅拌组件搅拌至溶液清澈；
[0011]步骤四，将所述清澈溶液利用压力喷雾干燥装置进行喷雾干燥处理，将喷雾干燥产物放置于管式炉中进行煅烧；
[0012]步骤五，将所述煅烧产物自然冷却至室温，利用球磨装置进行粉碎处理，得到碳掺杂磷酸铁锰锂。
[0013]进一步，所述步骤一中利用磷酸、还原铁粉通过加热、高磁过滤、奥斯瓦尔德熟化反应制备磷酸铁包括：
[0014]首先，向磷酸中加入一定量的去离子水，得到磷酸水溶液，边搅拌边向所述磷酸水溶液中加入还原铁粉，搅拌均匀得到混合溶液；
[0015]其次，将得到的混合溶液于55℃下加热反应12
‑
16小时，并利用高磁进行过滤，得到磷酸亚铁溶液；
[0016]然后，将得到的磷酸亚铁溶液进行奥斯瓦尔德熟化反应制备得到所述沉淀物；
[0017]最后，将所述沉淀物利用乙醇与去离子水进行洗涤，并利用烘干装置进行烘干得到磷酸铁。
[0018]进一步，所述进行碳酸锂的制备包括：
[0019](1)获取预热至45
‑
55℃的氯化锂精制液以及加热至95
‑
110℃的碳酸钠溶液；
[0020](2)将获取的预热后的氯化锂精制液以及加热后的碳酸钠溶液加入含有底留液的反应釜中于1000
‑
1200转/min下搅拌均匀，并于101℃进行反应，生成碳酸锂浆料；
[0021](3)过滤所述碳酸锂浆料得到含有氯化钠和碳酸锂的滤饼；利用去离子水洗涤所述滤饼，并利用干燥装置对洗涤后的滤饼进行干燥处理，得到所述碳酸锂。
[0022]进一步，所述底留液包含质量分数16％的碳酸锂晶种、质量分数为31％的氯化钠；
[0023]所述氯化锂精制液包含质量分数为26％的氯化锂、质量分数为31％的氯化钠；
[0024]所述碳酸钠溶液的质量分数为11％。
[0025]进一步，所述磷酸铁、碳酸锂、锰盐、磷酸二氢锰、碳源的摩尔比例为0.8
‑
1.2：1.5
‑
1.9:0.2
‑
0.6:1:0.05
‑
0.2。
[0026]进一步，所述步骤二中将制备的磷酸铁、碳酸锂、锰盐、磷酸二氢锰、碳源按比例混合后利用球磨机进行球磨得到前驱体包括：
[0027]首先，将混合后的磷酸铁、碳酸锂、锰盐、磷酸二氢锰、碳源混合均匀后，放置于球磨装置中进行球磨；
[0028]其次，将球磨后的混合物利用烘干装置于65
‑
75℃下进行烘干处理，得到所述前驱体。
[0029]进一步，所述球磨的球料比为9:1；所述分散剂为乙醇溶液；所述球磨转速为500
‑
600r/min；所述球磨时间为4小时。
[0030]进一步，所述醋酸锰的制备包括：
[0031]首先，将冰醋酸和电解锰按质量比2:1的比例加入到容器中进行合成反应，实时检测反应溶液的pH值，当检测到反应溶液的pH值为6.5～7.0时，停止反应；
[0032]其次，将反应液进行过滤处理，并利用稀释后的冰醋酸溶液调节pH值至4.0～4.6；将调节pH后的反应液进行减压浓缩处理、冷却结晶、离心脱水得到醋酸锰。
[0033]进一步，所述反应釜的搅拌组件的控制方法如下：
[0034](1)配置反应釜的搅拌组件的搅拌参数，对连续搅拌反应釜的反应过程进行阶跃测试，获取搅拌过程对象的模型；
[0035](2)计算前馈响应模型，构建广义过程对象；计算前馈响应模型的方法为：
[0036]确定期望闭环响应模型，计算以下优化问题：
[0037][0038][0039]其中，表示需要优化的前馈响应模型，Σ表示求和，表示过程对象的阶跃响应模型的第j个参数，表示期望闭环响应模型的第i个参数，表示模型长度，β表示稳定系数，s.t.表示满足约束；
[0040]然后，调节稳定系数β，确定实际闭环响应模型：
[0041][0042]其中，表示过程对象的阶跃响应模型的第j个参数，表示实际期望闭环响应模型的第i个参数，表示前馈响应模型的第j个参数；
[0043](3)采集过程控制的输入和输出，构建优化问题，计算广义过程对象的输入；将广义过程对象的输入转换为过程对象的输入；
[0044](4)重复步骤(3)控制反应釜的搅拌组件进行连续搅拌。
[0045]结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0046]第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法，其特征在于，所述碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法包括：步骤一，利用磷酸、还原铁粉通过加热、高磁过滤、奥斯瓦尔德熟化反应制备磷酸铁；进行碳酸锂、醋酸锰的制备；步骤二，将制备的磷酸铁、碳酸锂、锰盐、磷酸二氢锰、碳源按比例混合后利用球磨机进行球磨得到前驱体；步骤三，将得到的前驱体和水在密闭的反应釜内通入二氧化碳控制反应釜的搅拌组件搅拌至溶液清澈；步骤四，将所述清澈溶液利用压力喷雾干燥装置进行喷雾干燥处理，将喷雾干燥产物放置于管式炉中进行煅烧；步骤五，将所述煅烧产物自然冷却至室温，利用球磨装置进行粉碎处理，得到碳掺杂磷酸铁锰锂。2.如权利要求1所述碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中利用磷酸、还原铁粉通过加热、高磁过滤、奥斯瓦尔德熟化反应制备磷酸铁包括：首先，向磷酸中加入一定量的去离子水，得到磷酸水溶液，边搅拌边向所述磷酸水溶液中加入还原铁粉，搅拌均匀得到混合溶液；其次，将得到的混合溶液于55℃下加热反应12
‑
16小时，并利用高磁进行过滤，得到磷酸亚铁溶液；然后，将得到的磷酸亚铁溶液进行奥斯瓦尔德熟化反应制备得到所述沉淀物；最后，将所述沉淀物利用乙醇与去离子水进行洗涤，并利用烘干装置进行烘干得到磷酸铁。3.如权利要求1所述碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法，其特征在于，所述进行碳酸锂的制备包括：(1)获取预热至45
‑
55℃的氯化锂精制液以及加热至95
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110℃的碳酸钠溶液；(2)将获取的预热后的氯化锂精制液以及加热后的碳酸钠溶液加入含有底留液的反应釜中于1000
‑
1200转/min下搅拌均匀，并于101℃进行反应，生成碳酸锂浆料；(3)过滤所述碳酸锂浆料得到含有氯化钠和碳酸锂的滤饼；利用去离子水洗涤所述滤饼，并利用干燥装置对洗涤后的滤饼进行干燥处理，得到所述碳酸锂。4.如权利要求3所述碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法，其特征在于，所述底留液包含质量分数16％的碳酸锂晶种、质量分数为31％的氯化钠；所述氯化锂精制液包含质量分数为26％的氯化锂、质量分数为31％的氯化钠；所述碳酸钠溶液的质量分数为11％。5.如权利要求1所述碳掺杂磷酸铁锰锂的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁、碳酸锂、锰盐、磷酸二氢锰、碳源的摩尔比例为0.8

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奇志，万维华，韦国柱，苏广源，史磊，胡雪文，黄丽华，黄中伟，
申请(专利权)人：广西汇元锰业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：