一种铁酸锂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铁酸锂材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种铁酸锂材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种铁酸锂材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池是新能源领域被广泛关注且重点发展，可广泛应用于动力电池
、
储能电站
、3C
类电池，具有绿色环保的优点
。
但是，锂离子电池首次充电过程中，
SEI
膜的形成永久地消耗大量来自正极的锂，降低了锂离子电池的容量和能量密度
。
有大量研究通过在正极材料中加入补锂剂进行补锂，抵消形成
SEI
膜造成的不可逆锂产生的损耗，以提高电池的总容量和能量密度
。
[0003]目前，铁酸锂（
Li5FeO4）作为正极补锂添加剂的材料因为良好的补锂效果而得到广泛应用
。
常规制备铁酸锂的方法为采用高温固相法合成铁酸锂前驱体，再进行碳包覆，或者采用原位高温固相法进行一步法合成碳包覆的铁酸锂
。
[0004]现有技术中一般采用碳酸锂和三氧化二铁作为原料制备铁酸锂，主要采用高温固相烧结法，其烧结温度通常需要
700
‑
900℃
，时间需要
10
‑
72h
，烧结温度高和烧结时间长，使得粒径较小的一次颗粒会融合变大成粒径更大的一次颗粒或者团聚形成二次颗粒，这个是本领域内普遍存在的问题，为了解决这个问题，往往通过纳米化降低一次颗粒的尺寸，碳包覆阻碍颗粒间融合和降低烧结温度或降低烧结时间从而阻碍较小一次颗粒的融合，但是效果有限，还是会发生一定程度的融合，并且在后续破碎操作在一定程度上会破坏其碳包覆结构，并且破碎效果有限，因此难以制备出碳包覆结构完整，细度较小的碳包覆铁酸锂产品
。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要为了克服现有技术的制备方法制得的铁酸锂碳包覆结构不完整且产品细度大的缺陷，而提供了一种铁酸锂材料及其制备方法和应用
。
本专利技术提供的制备方法制得的铁酸锂材料能够实现较好的碳包覆结构以及较低细度，用做电极材料的补锂剂时电池具有良好的比容量以及循环性能
。
[0006]本专利技术提供了一种铁酸锂材料的制备方法，其包括下述步骤：
[0007]S1.
将铁酸锂前驱体进行烧结，得到产物
I
；所述铁酸锂前驱体的制备方法包括下述步骤：将铁源和锂源在水中研磨，然后再干燥和破碎即可；所述研磨后的粒径为
D
90
＜
150nm
；所述铁酸锂前驱体
D
90
＜
6.0
μ
m
，
D
10
＞
0.3
μ
m
，
D
50
＞
0.8
μ
m
；所述铁酸锂前驱体中锂元素和铁元素的摩尔比为
5.5
‑
8.0:1
；所述烧结的温度为
800℃
‑
1000℃
；所述烧结时使所述铁酸锂前驱体在烧结设备中流动，所述烧结设备中的气体流速为
10
‑
30L/min
；所述烧结设备的搅拌速度为
200
‑
1500r/min
；
S2.
将所述产物
I
与碳源进行碳包覆，即得所述铁酸锂材料；所述铁酸锂材料的
D
10
为＞
0.3
μ
m
，
D
50
为＞
0.8
μ
m
，
D
90
为＜
6.0
μ
m。
[0008]所述铁酸锂材料的
D
10
为＞
0.3
μ
m
，所述铁酸锂材料的
D
50
为＞
0.8
μ
m
，所述铁酸锂材
料的
D
90
为＜
6.0
μ
m。
[0009]本专利技术中，所述铁酸锂前驱体的
D
50
可为＞
2.0
μ
m。
[0010]本专利技术中，所述铁酸锂前驱体包括铁源和锂源
。
[0011]其中，所述铁源可为本领域常规使用的含铁化合物，较佳地为可水溶性含铁化合物或不可水溶性含铁化合物；所述可水溶性含铁化合物较佳地为硝酸铁
、
硫酸铁和氯化铁中的一种或多种；所述不可水溶性含铁化合物较佳地为醋酸铁
、
三氧化二铁和四氧化三铁中的一种或多种
。
[0012]其中，所述锂源可为本领域常规使用的含锂化合物，较佳地为可水溶含锂化合物和不可溶性含锂化合物；所述可水溶含锂化合物较佳地为硝酸锂，乙酸锂和氯化锂中的一种或多种；所述不可水溶性含锂化合物较佳地为碳酸锂
、
氢氧化锂和醋酸锂的一种或多种
。
[0013]本专利技术中，水溶性应理解为物料在水中溶解度很高，基本可以全部溶解
。
[0014]在一些实施方式中，所述锂源为碳酸锂，所述铁源为三氧化二铁
。
[0015]其反应路线为：
5LiCO
3 + Fe2O3→
2Li5FeO4+5CO2↑
。
[0016]在一些实施方式中，所述锂源为氢氧化锂，所述铁源为三氧化二铁
。
[0017]其反应路线为：
10LiOH
·
H2O+Fe2O3→
2Li5FeO4+15H2O。
[0018]在一些实施方式中，所述铁源和锂源中至少一种为可溶性化合物
。
采用至少一种可水溶性的原料更有利于增大反应物的接触面积，提高反应程度，以实现原料分子层面的均匀混合，更有利于铁酸锂的制备
。
[0019]在一些实施方式中，所述铁源为可溶性含铁化合物，所述锂源为可溶性含锂化合物，例如所述铁源为硝酸铁，所述锂源为硝酸锂
。
[0020]在一些实施方式中，所述铁源为可溶性含铁化合物，所述锂源为不可溶性含锂化合物，例如所述铁源为硝酸铁，所述锂源为碳酸锂
。
[0021]在一些实施方式中，所述铁源为不可溶性含铁化合物，所述锂源为可溶性含锂化合物，所述铁源为三氧化二铁，所述锂源为硝酸锂
。
[0022]本专利技术中，所述铁酸锂前驱体中锂元素和铁元素的摩尔比可为
5.5
‑
7.0:1
，例如
5.5:1
或
6.0:1。
[0023]S1
中，所述研磨的操作和条件可为常规的研磨操作，例如砂磨或球磨
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铁酸锂材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
S1.
将铁酸锂前驱体进行烧结，得到产物
I
；所述铁酸锂前驱体的制备方法包括下述步骤：将铁源和锂源在水中研磨，然后再干燥和破碎即可；研磨后的粒径为
D
90
＜
150nm
；所述铁酸锂前驱体的
D
90
＜
6.0
μ
m
，
D
10
＞
0.3
μ
m
；
D
50
＞
0.8
μ
m
；所述铁酸锂前驱体中锂元素和铁元素的摩尔比为
5.5
‑
8.0:1
；所述烧结的温度为
800℃
‑
1000℃
；所述烧结时使所述铁酸锂前驱体在烧结设备中流动，所述烧结设备中的气体流速为
10
‑
30L/min
；所述烧结设备的搅拌速度为
200
‑
1500r/min
；
S2.
将所述产物
I
与碳源进行碳包覆，即得所述铁酸锂材料；所述铁酸锂材料的
D
10
为＞
0.3
μ
m
，
D
50
为＞
0.8
μ
m
，
D
90
为＜
6.0
μ
m。2.
如权利要求1所述的铁酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为
850
‑
950℃
；和
/
或，所述烧结的时间为
10
‑
40h
；和
/
或，所述烧结设备中的气体流速为
12
‑
20L/min
；和
/
或，所述烧结设备的搅拌速度为
500
‑
1200r/min
；和
/
或，所述烧结设备为流化床和
/
或回转窑；和
/
或，所述烧结的气体氛围为空气和
/
或惰性气氛
。3.
如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海朗亿功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：