一种磷酸铁锰锂的改性方法技术

本发明专利技术公开了磷酸铁锰锂改性领域的一种磷酸铁锰锂的改性方法，步骤一，准备制备装置，制备装置包括水热反应釜和煅烧炉，煅烧炉内分为焚烧层和煅烧层，煅烧层位于焚烧层上方，煅烧层与焚烧层之间设有第一耐火砖层，煅烧层上方设有第二耐火砖层，水热反应釜位于第二耐火砖层上方；步骤二，向水热反应釜添加锂源

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锰锂的改性方法


[0001]本专利技术属于磷酸铁锰锂改性领域，具体是一种磷酸铁锰锂的改性方法
。

技术介绍

[0002]钴酸锂是目前商品化锂离子电池中应用最广泛的正极材料，但钴资源匮乏，造成
LiCoO2
材料价格高昂，增加了锂离子电池的材料成本
。
橄榄石型磷酸锰锂具有
4.1V
的电压平台，与
LiCoO2
的
4V
平台基本一致，而且生产原料来源广泛，是一种物美价廉的正极材料，可望替代
LiCoO2
材料
。
然而，纯的
LiMnPO4
材料电化学活性低，无法满足实际应用的要求，但通过阳离子取代
、
减小颗粒尺寸和碳包覆等方法改性后，所得
LiMnPO4
基材料性能得到了极大提高，近年来引起了人们极大的关注
。
[0003]为了解决上述问题，专利公开号
CN106848221A
公开了一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，将锂源
、
锰源
、
铁源
、
镁源和磷源按照化学计量比混合得到混合物，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为
0.1
～
2mol/L
；将得到的溶液或悬浮液加入
pH
调节剂调节
pH
为6～
10
，然后在水热反应釜中在温度为
>160
～
220℃
条件下水热反应2～
20h
，水热反应完成后离心分离得到固体产物，固体产物干燥后得到磷酸锰锂基复合正极材料，即
LiMn0.8Fe0.2
‑
xMgxPO4
复合正极材料
。
[0004]上述水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，通过控制
LiMn0.8Fe0.2
‑
xMgxPO4
的计量比，无需锂过量即可完成制备，节约了成本，但仅通过阳离子取代法的性能提升有限
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中仅通过阳离子取代法的性能提升有限的问题，本专利技术的目的是提供一种磷酸铁锰锂的改性方法，能够通过多种改性并存提升磷酸锰锂性能
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种磷酸铁锰锂的改性方法，包括以下步骤，步骤一，准备制备装置，制备装置包括水热反应釜和煅烧炉，煅烧炉内分为焚烧层和煅烧层，煅烧层位于焚烧层上方，煅烧层与焚烧层之间设有第一耐火砖层，煅烧层上方设有第二耐火砖层，水热反应釜位于第二耐火砖层上方；
[0007]步骤二，向水热反应釜添加锂源
、
锰源
、
铁源
、
锌源和磷源依照化学式
LiMn0.8Fe0.2
‑
xZnxPO4
化学计量比混合，将水热反应釜内气压调节至
3.5
～
4pa
，向焚烧层添加燃料，加热煮沸制成
LiMn0.8Fe0.2
‑
xZnxPO4
；
[0008]步骤三，将水热反应釜内溶液离心获得固态产物，使用裹糖装置将蔗糖融化并制备成熔融状糖丝缠绕于固态产物上，将固态产物放入煅烧层内进行煅烧，得到改性后的磷酸铁锰锂
。
[0009]采用上述方案后实现了以下有益效果：制备装置能够使水热反应釜与煅烧层共享同一个热源，而水热反应釜中水在液态下仅能够达到沸腾的温度，依次无需注意热源产生的温度，仅需将热源温度控制在煅烧温度即可
。
通过共享热源能够使水热反应釜与煅烧层
相互预热，减少能源的损耗
。
水热反应釜内气压能够控制液体沸点，使水热反应维持在适当温度
。
[0010]通过向磷酸铁锰锂加入锌离子，锌离子由于价态一致，不会引起晶格结构的缺位，造成循环过程中结构的坍塌并可抑制姜泰勒效应效应，从而提高材料性能
。
将蔗糖融化并制备成熔融状糖丝缠绕于固态产物上，熔融后的糖丝具有黏着性，能够缠绕固定于固态产物，且糖丝质地纤细能够很好的贴合固态产物，在后续的加温中，蔗糖会进一步融化渗透使碳包裹效果更好
。
[0011]与现有技术相比，通过制备装置使煅烧与水热反应之间进行节能，减少多重改性的成本；利用蔗糖进行熔融状糖丝缠绕能够有更好的接触效果，且与固态产物之间形成黏着加强稳定作用，提高碳包裹效果
。
[0012]进一步，步骤二中的煮沸和步骤三中的煅烧能够在制备出初份
LiMn0.8Fe0.2
‑
xZnxPO4
后同时进行
。
[0013]有益效果：在制备出初份
LiMn0.8Fe0.2
‑
xZnxPO4
后，能够在煅烧层和水热反应釜内同时进行制备，提高热源的利用率进一步降低成本
。
[0014]进一步，煮沸和煅烧的时间长度均为
12h。
[0015]有益效果：煮沸的时间在6～
22h
之间，煅烧需要进行
12h
及以上，通过将煮沸和煅烧的时间同步，能够更好的利用热源的燃烧时间，提高的热源的利用率
。
[0016]进一步，锌源能够替换为镁源
、
铜源
、
钴源和镍源
。
[0017]有益效果：镁源
、
铜源
、
钴源和镍源均能够实现离子掺杂改性，减弱姜泰勒效应，提高电化学反应活性
。
[0018]进一步，裹糖装置设有细小的出糖口，出糖口的直径在
20
微米～
30
微米
。
[0019]有益效果：裹糖装置所产生的糖丝越细，蔗糖的渗入效果越好，出糖口的直径在
20
微米～
30
微米，使产生的糖丝能够达到较好的渗入效果
。
[0020]进一步，步骤三中煅烧时向煅烧层内注入惰性气体
。
[0021]有益效果：蔗糖在煅烧时会与空气反应，从而减少碳包裹的碳量，降低改性效果
。
惰性气体质地稳定，不会与蔗糖反应，保障碳包裹的质量
。
[0022]进一步，步骤三结束后将磷酸铁锰锂与三元材料进行复配，将磷酸铁锰锂
、
导电剂
、
粘接剂
、
溶剂和三元材料在搅拌罐中进行搅拌混合，磷酸铁锰锂与三元材料为1比
5。
[0023]有益效果：通过纳米化
、
碳包覆
、
离子掺杂等改性手段制成的磷酸锰铁锂虽然电化学性能有所提升，但依然存在材料比表面积较大
、
极片易吸水...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磷酸铁锰锂的改性方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，准备制备装置，制备装置包括水热反应釜和煅烧炉，煅烧炉内分为焚烧层和煅烧层，煅烧层位于焚烧层上方，煅烧层与焚烧层之间设有第一耐火砖层，煅烧层上方设有第二耐火砖层，水热反应釜位于第二耐火砖层上方；步骤二，向水热反应釜添加锂源
、
锰源
、
铁源
、
锌源和磷源依照化学式
LiMn0.8Fe0.2
‑
xZnxPO4
化学计量比混合，将水热反应釜内气压调节至
3.5
～
4pa
，向焚烧层添加燃料，加热煮沸制成
LiMn0.8Fe0.2
‑
xZnxPO4
；步骤三，将水热反应釜内溶液离心获得固态产物，使用裹糖装置将蔗糖融化并制备成熔融状糖丝缠绕于固态产物上，将固态产物放入煅烧层内进行煅烧，得到改性后的磷酸铁锰锂
。2.
根据权利要求1所述的磷酸铁锰锂的改性方法，其特征在于：步骤二中的煮沸和步骤三中的煅烧能够在制备出初份
LiMn0.8Fe0.2
‑
xZnxPO4
后同时进行
。3.
根据权利要求2所述的磷酸铁锰锂的改性方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奇志，赵双良，万维华，陈晗，史磊，蓝丽红，方皓，王绍立，唐平，
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：