具有全代替结构的磷酸亚铁锂的合成方法技术

具有全代替结构的磷酸亚铁锂的合成方法，涉及锂离子电池正极材料。所述方法步骤如下：取锂盐、铁盐和磷酸盐，按锂离子∶铁离子∶磷酸根离子摩尔比（０．８～１．２）∶（０．８～１．２）∶（０．８～１．２）的比例均匀混合得到混合物；将混合物放入含有硼酸、可溶性盐类和可溶性有机类的水溶液中，均匀搅拌后，放入高温炉中，在非空气或非氧化性气氛中，以１－３０℃／ｍｉｎ的升温速率一段或分段加热处理，然后自然冷却，合成含有碳单质和掺杂离子的磷酸亚铁粉末；将合成的磷酸亚铁锂粉末磨细，粒径控制在１－５０ｕｍ之间。本发明专利技术合成的全替代结构的磷酸铁锂具有良好的电子电导率。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及锂离子电池正极材料，尤其是磷酸铁锂电池材料，具体为具有全代替 结构的磷酸亚铁锂的合成方法。
技术介绍
从能源的应用形态看，大型的可移动电源的需求增长很快，这主要是汽车动力电 源发展的结果，这就对电池产业提出了更新、更高的要求，迫切需要体积小、比能量高、重量 轻的大型高能、高可靠性的二次电池。材料中聚阴离子基团P043_对整个三维框架结构的稳 定起到重要作用，使得LiFePO4具有很好的稳定性和安全性，而且理论容量也达到170mAh/ g，具有和目前商业化的金属氧化物正极材料相当的比功率和比能量，能在电解质中长期稳 定存储。但是材料的锂离子化学扩散系数和电子电导率太低，导致了材料的理论容量不能 得到最大限度的释放以及大电流放电性能不佳。目前主要的克服锂离子化学扩散系数和电 子电导率太低的方法是包覆和掺杂去克服锂离子低化学扩散系数和电子电导率，但是，通 过研究发现，这种单一替代离子磷酸铁锂的方法提高电子电导率的作用有限。
技术实现思路
本专利是克服现有技术不足，提供一种全替代结构磷酸铁锂的合成方法。本专利技术的技术方案是1、取锂盐、铁盐和磷酸盐，按锂离子铁离子磷酸根离子摩尔比(0.8 1.2) (0.8 1.2) (0.8 1.2)的比例均勻混合得到混合物。其中锂盐为氢氧化锂、 硫酸锂、草酸锂、醋酸锂、碳酸锂和硝酸锂其中的一种。铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、草酸亚铁、 醋酸铁和硝酸铁其中的一种。磷酸盐为磷酸二氢铵。2、将一定量的混合物放入一定量的含有硼酸、可溶性盐类和可溶性有机类的水溶 液中，均勻搅拌后，放入高温炉中，在非空气或非氧化性气氛中，以1-30°C /min的升温速率 一段或分段加热处理，然后自然冷却，合成含有碳单质(用C表示)和掺杂离子(用A、B、C 和D表示)的磷酸亚铁粉末(用Li0.8～1.2xAxFe0.8～1.2yByP0.8～1.2zCzO1wDw表示)，式中的χ、 y、ζ和w取值根据相应物质的掺加量而定；其中(1)水溶液与混合物的质量比为=(0. 1-10) 1 ；(2)水溶液中的可溶性盐类中至少包括氟化锂和铝、钛、镁、锆、钒、锰、镍、钴、铌、铑、钡、铬元素的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐或盐酸盐中的几种，掺加量保证锂盐中的锂离 子为1摩尔时，可溶性盐类中的离子的物质的量之和大于0摩尔且小于0. 1摩尔。(3)水溶液中的可溶性有机类物质至少包括蔗糖、葡萄糖和经热解可分解为具 有优良导电性碳类物质的可溶性高分子化合物中的一种。掺加量保证可溶性有机类物质 中的碳含量与磷酸亚铁粉末质量之比小于10%。3、将以上合成的磷酸亚铁锂粉末磨细，粒径控制在l-50um之间。本专利技术采用上述方法，合成全替代结构的磷酸铁锂。具体实施例方式为了更清楚地说明本专利技术，列举以下实施例，但其对本专利技术无任何限制。实施例一(1)首先把草酸锂、草酸亚铁以及磷酸二氢铵三种物质按锂离子铁离子磷酸根离子摩尔比为111的比例均勻混合获得混合物。(2)取混合物Ikg放入Ikg含有葡萄糖与硝酸镁、硝酸锆、硼酸和氟化锂的水溶液 中搅拌均勻，在氮气气氛下以20°C /min的升温速率加热，于700°C恒温10个小时，然后自 然冷却，合成含有碳单质和全替代离子的磷酸亚铁锂粉末，其中要求Ikg的水溶液B中含有葡萄糖10g，铁离子镁离子锆离子硼离子氟离 子摩尔比为 0.99 0. 01 0.01 0. 01 0.01。根据步骤(1)可知Ikg混合物A含有1. 62摩尔的草酸锂(Li2C2O4分子量102)、 3. 24摩尔草酸亚铁(FeC2O4 ·分子量143)以及3. 24摩尔磷酸二氢铵(NH4H2PO4分子量 115)，所以最后合成的含有碳单质和掺杂金属离子的磷酸亚铁锂正极材料用LiMgatllFea99ZrO. 01 0. 99^0. Ο1Ο3. 99^0. 01 ^^ ；(3)将合成的磷酸亚铁锂粉末磨细，粒径控制在l-50um之间，样品的导电率为 2. 1*1(T3S cnT1。实施例二(1)首先将碳酸锂、草酸亚铁以及磷酸二氢铵三种物质按锂离子铁离子磷酸 根离子摩尔比为111的比例均勻混合获得混合物；(2)取Ikg混合物放入2kg含有聚乙烯醇与硫酸镁、硝酸钴、硼酸和氟化锂的水溶 液中搅拌均勻，在氮气气氛下以10°c /min的升温速率加热，于300°C恒温5个小时，然后继 续升温，于700°C恒温5个小时，自然冷却，合成含有碳单质和全替代离子的磷酸亚铁锂粉 末，其中要求Ikg的水溶液中含聚乙烯醇10g，铁离子镁离子钴离子硼离子氟离 子摩尔比为 0.99 0. 01 0.01 0. 01 0.01根据步骤(1)可知Ikg混合物含有1. 70摩尔的碳酸锂(Li2CO3分子量74)、3· 48 摩尔草酸亚铁(FeC2O4 ·分子量143)以及3. 4摩尔磷酸二氢铵(NH4H2PO4分子量115)，所 以最后合成的含有碳单质和掺杂金属离子的磷酸亚铁锂正极材料可用LiMgacilFea99CoacilPci.99^0. Ο Οβ. 99^0. 01 表不；(3)将合成的磷酸亚铁锂粉末磨细，粒径控制在l-50um之间，样品的导电率为 2. 5*1(T3S cnT1。为了便于计算，本专利技术实施例中的锂盐、铁盐、磷酸二氢铵三种物质混合时均按锂 离子铁离子磷酸根离子摩尔比为1 1 1的比例进行，从而使最后合成的磷酸亚铁 锂粉末分子式中的X、Y、Z值相等，但这并不能作为对本专利技术技术方案的限制。权利要求，其特征在于所述方法步骤如下(1)取锂盐、铁盐和磷酸盐，按锂离子∶铁离子∶磷酸根离子摩尔比(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)的比例均匀混合得到混合物；(2)将混合物放入含有硼酸、可溶性盐类和可溶性有机类的水溶液中，均匀搅拌后，放入高温炉中，在非空气或非氧化性气氛中，以1-30℃/min的升温速率一段或分段加热处理，然后自然冷却，合成含有碳单质和掺杂离子的磷酸亚铁粉末；(3)将合成的磷酸亚铁锂粉末磨细，粒径控制在1-50um之间。2.权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述锂盐为氢氧化锂、硫酸锂、草酸锂、醋 酸锂、碳酸锂和硝酸锂其中的一种。3.权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、草酸亚铁、 醋酸铁和硝酸铁其中的一种。4.权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述磷酸盐为磷酸二氢铵。5.权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述磷酸亚铁的化学式为用Lia8 L2_xAxFe0.8^ L2_yByP0.8^ L2_zCz04_wDW' A、B、C 禾P D 为掺杂离子，式中的 χ、y、ζ 和 w 取值根据相 应物质的掺加量而定。6.权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述水溶液与所述混合物的质量比为= (0. 1-10) 1。7.权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述水溶液中的可溶性盐类中至少包括 氟化锂和铝、钛、镁、锆、钒、锰、镍、钴、铌、铑、钡、铬元素的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐或盐酸盐 中的几种，掺加量保证锂盐中的锂离子为1摩尔时，可溶性盐类中的离子的物质的量之和 大于0摩尔且小于0. 1摩尔。8.权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述水溶液中的可溶性有机类物质至少 包括蔗糖本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有全代替结构的磷酸亚铁锂的合成方法，其特征在于：所述方法步骤如下：（１）取锂盐、铁盐和磷酸盐，按锂离子∶铁离子∶磷酸根离子摩尔比（０．８～１．２）∶（０．８～１．２）∶（０．８～１．２）的比例均匀混合得到混合物；（２）将混合物放入含有硼酸、可溶性盐类和可溶性有机类的水溶液中，均匀搅拌后，放入高温炉中，在非空气或非氧化性气氛中，以１－３０℃／ｍｉｎ的升温速率一段或分段加热处理，然后自然冷却，合成含有碳单质和掺杂离子的磷酸亚铁粉末；（３）将合成的磷酸亚铁锂粉末磨细，粒径控制在１－５０ｕｍ之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷亦杰，陈蕴博，张钊，陈林，
申请(专利权)人：江苏中欧材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]