一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法技术

本发明专利技术涉及新能源材料制备技术领域，公开了一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法，向合成金红石母液中加入还原钛过滤，加入碳酸钠调节pH，得到净化后的硫酸亚铁溶液；将锂源、钒源溶于水中加入溶剂，得到第一混合溶液；向净化后的硫酸亚铁溶液加入磷源，得到第二混合溶液；第一混合溶液、第二混合溶液加入到反应釜中进行水热反应，得到固体产物；将固体产物洗涤、干燥后得到棒状钒掺杂磷酸铁锂；将棒状钒掺杂磷酸铁锂与碳源经过一系列的工序制备得到棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂。本发明专利技术使用合成金红石母液为原料，对其处理后。本发明专利技术的方法与现有技术相比，减少碳源的用量，降低生产成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法


[0001]本专利技术涉及新能源材料制备
，特别是涉及一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法。

技术介绍

[0002]近年来，磷酸铁锂电池由于具有资源丰富、循环稳定性好、安全系数高等特点使其在UPS、电动工具、电动汽车、储能电池等领域具有非常广泛的运用，然而磷酸铁锂本征电导率低和锂离子一维扩散导致的动力学缓慢等缺陷严重阻碍了其进一步的发展应用，研究者做了大量的研究发现通过尝试少量的掺杂，可以提高电子的导电性，减少阻抗和极化，从而提高电池的电化学性能。
[0003]科学研究表明钒掺杂进入磷酸铁锂后可以形成多种具有电化学活性的化合物，可以提供锂离子嵌入/脱出的三维通道，因此具有高的锂离子扩散系数，但目前钒掺杂大多是在磷酸铁锂混料的过程中加入，其改性方法的成分和条件难以控制，还会造成掺杂不均匀等情况，最终未能有效改善磷酸铁锂的电化学性能。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的本专利技术的目的就在于克服上述不足，提供一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
[0007]一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：
[0008]S1，向合成金红石母液中加入还原钛，反应后过滤得到过滤后母液；向过滤后母液中加入碳酸钠调节pH至5.0
‑
6.5，反应后过滤得到净化后的硫酸亚铁溶液；
[0009]S2，将锂源、钒源溶于水中，并加入溶剂，得到第一混合溶液；
[0010]S3，将净化后的硫酸亚铁溶液配置成以铁计浓度为60
‑
90g/L的溶液，随后加入磷源，得到第二混合溶液；
[0011]S4，将第一混合溶液、第二混合溶液同时加入到反应釜中进行水热反应，加入过程溶液的pH在6
‑
9之间；反应完成后过滤得到固体产物；
[0012]S5，将固体产物洗涤、干燥后得到棒状钒掺杂磷酸铁锂；将棒状钒掺杂磷酸铁锂与碳源通过砂磨、喷雾、烧结、粉碎、过筛除磁制备得到锂离子电池正极材料棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂。优选的，所述步骤S1中，在60
‑
80℃的条件下加入还原钛；还原钛的加入量与合成金红石母液中的H
+
的摩尔比为1.2
‑
1.5：1。
[0013]优选的，所述步骤S2中，锂源为氢氧化锂、磷酸二氢锂、草酸锂中的至少一种；钒源为偏钒酸铵、偏钒酸钠、五氧化二钒中的至少一种；溶剂为有机醇；溶剂为环已醇、2
‑
乙基乙醇、苯甲醇中的至少一种。
[0014]优选的，所述步骤S2中，溶剂的加入量为第二混合溶液中Fe元素的1
‑
3wt％，钒源
的的加入量以钒计，为第二混合溶液中Fe元素的0.3
‑
0.5wt％。
[0015]优选的，所述步骤S3中，磷源为磷酸、磷酸铵盐、磷酸钠盐中的至少一种。
[0016]优选的，第二混合溶液中的Fe元素、第二混合溶液中的P元素、第一混合溶液中的Li元素的摩尔比为1.0
‑
1.4:1：1.005
‑
1.300。
[0017]优选的，所述步骤S4中，水热反应的温度为200
‑
500℃，时间为4
‑
18h，压力为2
‑
5Mpa。
[0018]优选的，所述步骤S5中，所述碳源的加入量以碳计，使得碳源中的C元素为棒状钒掺杂磷酸铁锂中的Fe元素质量的3
‑
5wt％。
[0019]优选的，所述步骤S5中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇中的至少一种。
[0020]优选的，所述步骤S5中，烧结过程为：在氮气气氛下，720
‑
850℃煅烧8
‑
15h。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]1、本专利技术采用还原钛与碳酸钠净化合成金红石母液，可进一步降低合成金红石母液中的Mn含量，使棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂中Mn含量＜10ppm，降低其后期制备成磷酸铁锂电池时，电池自放电的风险，提高电池的安全性能。
[0023]2、本专利技术将锂源、铁源、磷源和钒源溶于沸点较低的有机醇溶剂中，并严格控制水热反应的反应温度、压力和时间，添加的有机醇溶剂吸附在磷酸铁锂晶体表面，控制晶体的成核速率和生长速率，使磷酸铁锂颗粒大小均一，同时该溶剂达到一定的浓度时会形成一个烷基作为疏水基朝内侧、羟基作为亲水基朝外侧的多分子聚集体即胶束，多个胶束形成胶团，即超分子集团，该溶剂会在反应体系中形成棒状分子结构，为磷酸铁锂纳米棒的前期成核提供了必要的模板，从而可制备出棒状的钒掺杂磷酸铁锂，该结构缩短了b轴的方向，减少了Li
+
扩散的路程，提高了锂离子的传输速率和电子导电性，从而改善其循环稳定性和倍率性能。
[0024]3、本专利技术的整个过程中，铁盐始终保持二价，即使少部分在水热过程中被氧化，在高温碳化过程中利用碳的还原性可将三价铁还原到二价，和现有技术的工艺相比，减少碳源的用量，降低生产成本。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例1获得的棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的SEM形貌图；
[0026]图2是本专利技术实施例1的棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂、对比例1获得的钒掺杂碳包覆磷酸铁锂、市售钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的循环曲线图；
[0027]图3是本专利技术实施例1的棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂、对比例1获得的钒掺杂碳包覆磷酸铁锂、市售钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的不同倍率放电图。
具体实施方式
[0028]本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
[0029]本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用工业纯或磷酸铁锂制备领域使用的常规纯度。
[0030]合成金红石母液为原料制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：
[0031]1、取钛白废副产物合成金红石母液，在60
‑
80℃条件下加入一定量的还原钛，以除去溶液中的铝、铬离子，反应1
‑
3h后过滤得到过滤后母液，过滤后母液中加入一定的碳酸钠溶液，调节pH至5.0
‑
6.5之间，进一步降低溶液中的锰离子含量，常温下反应2
‑
4h后过滤，即得到净化后的硫酸亚铁溶液，其中还原钛的加入量为还原钛：合成金红石母液中的H
+
＝1.2
‑
1.5：1(摩尔比)；
[0032]2、将锂源、钒源按照一定的比例溶于水中，同时加入一定量溶剂，其中锂源为氢氧化锂、磷酸二氢锂、草酸锂的一种或几种，钒源为偏钒酸铵、偏钒酸钠、五氧化二钒的一种或几种，溶剂为环已醇、2
‑
乙基乙醇、苯甲醇的一种或者几种，溶剂的加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，向合成金红石母液中加入还原钛，反应后过滤得到过滤后母液；向过滤后母液中加入碳酸钠调节pH至5.0
‑
6.5，反应后过滤得到净化后的硫酸亚铁溶液；S2，将锂源、钒源溶于水中，并加入溶剂，得到第一混合溶液；S3，将净化后的硫酸亚铁溶液配置成以铁计浓度为60
‑
90g/L的溶液，随后加入磷源，得到第二混合溶液；S4，将第一混合溶液、第二混合溶液同时加入到反应釜中进行水热反应，加入过程溶液的pH在6
‑
9之间；反应完成后过滤得到固体产物；S5，将固体产物洗涤、干燥后得到棒状钒掺杂磷酸铁锂；将棒状钒掺杂磷酸铁锂与碳源通过砂磨、喷雾、烧结、粉碎、过筛除磁制备得到锂离子电池正极材料棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S1中，在60
‑
80℃的条件下加入还原钛；还原钛的加入量与合成金红石母液中的H
+
的摩尔比为1.2
‑
1.5：1。3.根据权利要求1所述的一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S2中，锂源为氢氧化锂、磷酸二氢锂、草酸锂中的至少一种；钒源为偏钒酸铵、偏钒酸钠、五氧化二钒中的至少一种；溶剂为有机醇；溶剂为环已醇、2
‑
乙基乙醇、苯甲醇中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种制备棒状钒掺杂碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述步骤S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫明，吴彭森，李紫金，豆君，张新波，崔瑾，任明明，葛佳佳，孟香茗，霍倩倩，程丹辉，
申请(专利权)人：河南佰利新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：