本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的水法固相法合成工艺：以铁源、锂源和磷酸根源为原料，加入双软膜板剂，并以水为溶剂混合均匀后作为前躯体，将前躯体采用固相法合成磷酸亚铁锂。本发明专利技术环保无害化，合成的磷酸亚铁材料制备的可充式锂离子电池，具有比容量高、安全性能优良和循环周期长等特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的合成工艺，具体地说，涉及锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的水法固相法合成工艺。
技术介绍
全球环境保护、经济发展和研发石油替代能源的需要，近几十年来，对可充式电池能源需求越来越受关注。目前主导高性能电池的发展以锂电池为先驱，这是因为在所有的电池负极材料中，金属锂具有最低的密度，最高的电压，最好的电子电导及最高的电化学当量。全球范围内已积极开展了提高锂电池的能量密度和电极材料的稳定性的研究。钴酸锂 (LiCoO2)和碳材料作为锂离子的正负极材料已成功商业化，磷酸亚铁锂(LiFePO4)是正极材料的后起之秀。由于各方面因素决定，使磷酸亚铁锂成为当今最吸引人的正极材料。这些性能更是动力电池最重要的技术指标它1小时(IC)充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，不爆炸，穿刺也不爆炸，磷酸铁锂正极材料做大容量锂离子电池更易进行串联使用，所以被认为是下一代锂离子电池中重要的候选材料，它正成为中大容量、中高功率锂离子动力电池首选的正极材料。关于磷酸亚铁锂正极材料的专利申请很多，主要集中于合成方法和改性研究等方面。LiFePO4合成方法很多，主要有固相法、液相法、炭热还原法、微波法、放电等离子烧结技术、喷雾热分解技术和脉冲激光沉积技术等。固相法是目前制备LWePO4最常用、最成熟的方法，也是最容易实现产业化的方法之一。通常以Li2CO3, FeC2O4 · H2O和(NH4) 2HP04 (或NH4H2PO4)为原料，混合均勻后，在惰性气氛下煅烧一段时间，冷却后得到目标产物。由于狗2+容易氧化成狗3+，在整个烧结过程中必须持续地通入惰性气体(氮气或氩气)加以保护，有时还会在其中混入少量氢气，造成还原气氛，氮气或氩气的选择对材料的性能没有明显的影响。一般在正式烧结之前，还有一个原料的预处理过程，目的是排出原料分解产生的气体，根据差热和热失重曲线很容易得到预处理原料的合适温度。烧结温度是影响固相法产物性能的一个重要因素，一般控制在 500-800°C为宜。温度过低(<50(TC )，反应不完全，产物中含有杂质，小颗粒容易团聚在一起，材料比容量低，循环性能差；温度过高(>800°C )，材料中有二次颗粒生成，出现大量团聚现象。原料的选择同样重要，除了用上述盐作为原料外，也有使用LiOH ·Η20，Li3PO4作为锂源，醋酸亚铁等有机铁盐作为铁源的。这些盐在高温下分解产生气体，反应完全后除了目标产物外不产生杂质。不同的原料最佳烧结温度不同，性能也有很大差异。固相法合成磷酸铁锂工艺的关键技术在于原料的混合，目前多采用湿法研磨-喷雾干燥的方法，用丙酮或乙醇等有机液体作为分散剂进行研磨均勻，然后在摄氏200多度进行喷雾干燥，除去有机溶剂。使用有机液体是因为原料中所用的二价铁源在水中，尤其在碱性条件下，不稳定易被氧化。目前的磷酸亚铁锂合成工艺都用有机液体作为分散剂，保证混合能顺利进行。但是使用有机液体作为分散剂的缺陷是丙酮和乙醇等有机溶剂的排放对环境危害极大。丙酮是易制毒品原料，丙酮的使用被严格控购，大规模使用受到严格限制，基本不可能应用。所以工业合成大多选择乙醇作为分散剂，但是使用乙醇依然危害很大，喷雾干燥时如大量排放，遇明火有可能引起火灾的危险，操作会有一定难度。显然，这样的工艺不符合当前的节能减排的环保要求。但是，如果不加溶剂进行干法研磨，容易结块， 很难混合均勻。因此，需要一种节能环保的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的合成工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的水法固相法合成工艺，本专利技术通过水法混合工艺与双软模板剂结合，制备磷酸亚铁锂正极材料，节能减排，保护环境，生产成本低，制备的锂离子电池，比容量高，安全性能优良和循环周期长。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的水法固相法合成工艺，其特征在于以铁源、锂源和磷酸根源为原料，加入双软膜板剂，并以水为溶剂混合均勻后作为前躯体，将前躯体采用固相法合成磷酸亚铁锂。所述的铁源为有机亚铁盐，优选草酸亚铁或醋酸亚铁或草酸亚铁水合物或醋酸亚铁水合物，进一步优选普通工业大规模合成的二水合草酸亚铁(重量百分比>99. 9%)。所述的锂源为锂盐，优选碳酸锂或磷酸二氢锂或氢氧化锂或碳酸锂水合物或磷酸二氢锂水合物或氢氧化锂水合物，进一步优选普通工业大规模合成的碳酸锂(重量百分比 >99. 9)或一水合氢氧化锂(重量百分比>95%)。所述磷酸根源为磷酸盐，优选磷酸二氢铵或磷酸氢二铵或磷酸二氢锂。当锂源为碳酸锂或一水合氢氧化锂，则磷酸根源优选磷酸二氢铵或磷酸氢二铵； 当锂源为磷酸二氢锂，则磷酸二氢锂同时作为磷酸根源。上述铁源、锂源和磷酸根源均为粉体，铁源、锂源和磷酸根源均来自普通工业原料，没有特殊要求。所述双软膜板剂由醛糖和有机酸组成。所述醛糖优选葡萄糖或蔗糖或果糖。所述有机酸为固体有机酸，优选柠檬酸、对甲苯磺酸或苹果酸。双软膜板剂中醛糖和有机酸的摩尔比为 1 (0. 5-1. 5)，优选 1 :1ο较佳的，所述的双软膜板剂的加入总量为铁源、锂源和磷酸根源总重量的3_10%。所述铁源、锂源和磷酸根源的量参考产物即磷酸亚铁锂中对应的离子比混合，即参考亚铁离子、锂离子和磷酸根离子的摩尔比为1:1 1进行混合反应，也可有部分原料少量过量，各原料取量的最大误差可为5%，磷酸亚铁锂合成反应中原料的加入量的控制为本
的技术人员所熟知。如原料为草酸亚铁、碳酸锂与磷酸二氢铵，则三者摩尔比为1 0. 5 :1。本专利技术原料与双软膜板剂在互相混合时不使用有机溶液，而是以水为溶剂。水的加入量以保证混合完全，原料又能保持粉末状态为基准。较佳的，水与原料及双软膜板剂总重量的比例为(5-30):1，优选为20 :1。研究发现，水太少，不能混合均勻；水太多，由于原材料性能不一，有水溶性和非水溶性，在水里不能研磨均勻，后续干燥更不利，这里。加入的水量要既能保证混合完全，原料又能保持粉末状态。本专利技术中，将铁源、锂源、磷酸根源、双软膜板剂及水进行混合时，采用搅拌方式排出气泡及混合均勻。本专利技术中，所述的前躯体采用固相法合成磷酸亚铁锂的工艺，为常规合成磷酸亚铁锂固相合成法，包括下列步骤(1)干燥将前躯体烘干，烘干可采用常规的烘干条件，如在空气中128°C下烘10小时；在原材料混合时，由于水很少，又有双膜板剂保护，所以可以用常规办法进行烘干，不采用喷雾干燥方法，使得原料的混合和干燥变得简便易行。(2)球磨将干燥过的样品在球磨机中球磨至颗粒直径小于5微米；要获得此颗粒粒径，只需采用普通间隙式球磨机球磨约6小时左右即可。(3)煅烧将球磨后的样品置于高温炉中，在惰性气体气氛中先300-400°C煅烧3小时以上，再 550-650°C煅烧6小时以上，冷却，制得锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂。上述惰性气体优选氮气或氩气，氮气或氩气为普通纯氮(>99. 5%)或普通纯氩。上述惰性气体气氛中，还可混入少量氢气，造成还原气氛。本专利技术具有以下有益效果第一，本专利技术针对磷酸亚铁锂制备过程中的原料混合工艺进行改进，首次用水法混合工艺与双软模板剂结合，以普通锂源，二价铁和磷酸铵盐等材料为原料，加入醛基糖和有机酸等本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的水法固相法合成工艺，其特征在于：以铁源、锂源和磷酸根源为原料，加入双软膜板剂，并以水为溶剂混合均匀后作为前躯体，将前躯体采用固相法合成锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何开年，王卫江，
申请(专利权)人：扬州欧畅电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32
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