【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体涉及一种钛酸铁锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池因具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应和高安全性能等优点，受到广泛地研究。目前，锂离子电池不仅在移动电子产品中使用，在电动汽车和混合动力汽车也广泛使用。钴酸锂电池虽然电化学性能优异，但是钴元素价格昂贵且有毒，人们正积极寻找替代品。研发一种原料廉价易得、安全环保的正极材料是当前的研究热点。尖晶石结构的钛酸铁锂(li2fetio4)是一种新型正极材料，具有原料来源丰富、安全环保等优点。li2fetio4正极材料在充放电过程中，晶体结构基本不发生变化，是一种零应变的正极材料，其理论容量为147mah/g。
2、高温固相法是大规模生产最成熟的工艺，传统的高温固相法制备li2fetio4，合成温度高(如超过1000℃)、煅烧时间长、能耗大，所制得的产物粒径大小不易控制、分布不均匀、形貌不规则等缺点，这些缺点大大的限制了li2fetio4优势的发挥。此外，目前制备li2fetio4也有采用水相中进行的，比如水热法、溶胶-凝胶法、溶剂热法和共沉淀法，然而这些方法工艺复杂、能耗大、生产成本高且产量低，并不适合工业化的大规模运用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种在固相反应体系中制备钛酸铁锂正极材料的方法，与传统的高温固相法相比，本专利技术的方法可大大降低反应温度、能耗低、成本低，且得到的钛酸铁锂正极材料形貌规整、平均粒径小、充放电效率和倍率性能优异，适合工业化生产。
3、第一方面，本专利技术提供一种钛酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1.使铁源与二氧化钛接触发生固相反应，得到所述钛酸铁锂正极材料前驱体；
5、s2.将锂源与步骤s1得到的前驱体混合后煅烧，得到所述钛酸铁锂正极材料。
6、根据本专利技术的一些实施方式，所述铁源是带结晶水的铁盐。
7、本专利技术采用带结晶水的铁盐与二氧化钛在固相体系中进行反应，利用微量结晶水提供反应场，铁盐和二氧化钛两个反应物分子扩散接触即发生相互作用，经历扩散-反应-成核-生长四个阶段，得到钛酸铁锂正极材料前驱体。优选地，还可以通过挤压作用加快反应物粒子相互碰撞成核的速率，提高反应速度。
8、本专利技术微量结晶水提供反应场的同时，又不能使反应物完全溶剂化，可避免因大量溶剂带来的复杂的后处理步骤和副反应对产物的不利影响。
9、根据本专利技术的一些实施方式，所述铁源选自fecl2·4h2o、fe(no3)2·9h2o、feso4·7h2o中的一种或多种。
10、根据本专利技术的一些实施方式，所述铁源提供的铁元素与二氧化钛的摩尔比为1：(0.5～1.5)，例如1：0.5、1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9、1：1、1：1.1、1：1.2、1：1.3、1：1.4或1：1.5，优选1：(0.8～1.2)。
11、根据本专利技术的一些实施方式，所述锂源选自氢氧化锂、氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的一种或多种。本专利技术中优选的锂源是一水氢氧化锂。
12、根据本专利技术的一些实施方式，所述锂源提供的锂元素与所述前驱体中铁元素的摩尔比为2：(0.5～1.5)，例如2：0.5、2：0.6、2：0.7、2：0.8、2：0.9、2：1、2：1.1、2：1.2、2：1.3、2：1.4或2：1.5，优选2：(0.8～1.2)。
13、根据本专利技术的一些实施方式，所述接触包括将铁源与二氧化钛预混的步骤。在一些实施方式中，所述预混的温度为0℃～90℃，例如，10℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、80℃；优选0℃～60℃。在一些实施方式中，所述预混的时间为40min～150min，优选50min～120min。在一些实施方式中，所述预混的转速为350rpm～700rpm，例如400rpm、420rpm、450rpm、480rpm、500rpm、520rpm、550rpm、580rpm、600rpm、650rpm或700rpm，优选400rpm～600rpm。
14、根据本专利技术的一些实施方式，所述固相反应的温度为420～650℃，例如420℃、440℃、450℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、550℃、560℃、580℃、600℃、620℃或650℃，优选450～550℃。
15、根据本专利技术的一些实施方式，所述固相反应的时间为4h～10h，优选6h～8h。
16、根据本专利技术的一些实施方式，所述固相反应过程中进行搅拌，所述搅拌的转速为30～160rpm，例如30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rpm、80rpm、90rpm、100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm或160rpm，优选40～120rpm。
17、本专利技术中，煅烧的温度会对得到的钛酸铁锂正极材料尺寸有影响，较高的煅烧温度得到的钛酸铁锂正极材料颗粒尺寸较大，不利于其倍率性能和充放电性能的提高。因此，需要将煅烧的温度控制在合适的范围内。
18、根据本专利技术的一些实施方式，所述煅烧的温度为700℃～900℃，例如720℃、750℃、780℃、800℃、820℃、850℃、880℃或900℃，优选750℃～850℃。
19、根据本专利技术的一些实施方式，所述煅烧的时间是8h～36h，优选12h～24h。
20、优选地，步骤s2中，所述煅烧在保护性气体中进行。
21、进一步优选地，所述保护性气体选自氩氢混合气。
22、根据本专利技术的一些实施方式，所述制备方法包括如下步骤：
23、(1)将带结晶水的铁盐与二氧化钛在0℃～90℃的温度下混合，得到预混料；
24、(2)使步骤(1)得到的预混料在450℃～550℃下进行固相反应，得到钛酸铁锂正极材料前驱体；
25、(3)将锂源与步骤(2)得到的钛酸铁锂正极材料前驱体混合后于700℃～900℃的温度下煅烧，得到所述钛酸铁锂正极材料。
26、在一些实施方式中，步骤(1)所述铁盐提供的铁元素与二氧化钛的摩尔比为1：(0.5～1.5)，优选1：(0.8～1.2)。在一些实施方式中，步骤(1)中所述0℃～90℃的温度可以是0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃以及介于它们之间的任意值。在一些实施方式中，步骤(2)中所述反应的时间为4h～10h，优选6h～8h。在一些实施方式中，步骤(3)中所述锂源与所述前驱体中铁元素的摩尔比为2：(0.5～1.5)，优选2：(0.8～1.2)。在一些实施方式中，步骤(3)中所述煅烧的时间是8h～36h，优选12h～24h。
27、优选地，步骤(3)中所述煅烧在保护性气体中进行。
28、进一步优选地，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钛酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源是带结晶水的铁盐，优选FeCl2·4H2O、Fe(NO3)2·9H2O、FeSO4·7H2O中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述铁源提供的铁元素与二氧化钛的摩尔比为1：(0.5～1.5)，优选1：(0.8～1.2)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自氢氧化锂、氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的一种或多种；
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述接触包括将铁源与二氧化钛预混的步骤；
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述固相反应的温度为420℃～650℃，优选450℃～550℃；
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为700℃～900℃，优选750℃～850℃；
8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钛酸铁锂正极材料前驱体包括FeTi
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的钛酸铁锂正极材料，
10.权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的钛酸铁锂正极材料或权利要求9所述的钛酸铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种钛酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源是带结晶水的铁盐，优选fecl2·4h2o、fe(no3)2·9h2o、feso4·7h2o中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述铁源提供的铁元素与二氧化钛的摩尔比为1：(0.5～1.5)，优选1：(0.8～1.2)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自氢氧化锂、氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的一种或多种；
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述接触包括将铁源与二...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶嘉明，吴金波，李俊杨，
申请(专利权)人：广东科信聚力新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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