CN103208614B - 一种锂离子电池用磷酸铁锂正极材料的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法。即首先将105-126份磷酸加入400份去离子水中配制成磷酸溶液，在搅拌状态下加入50-62份还原铁粉反应2h后所得的生成物加入球磨机中进行球磨；将38-46份氢氧化锂和15份蔗糖溶解在250份去离子水中形成溶液，将该溶液加入到上述球磨产物中，搅拌混合均匀后于200℃下喷雾干燥，所得的球形磷酸铁锂粉体控制温度为600-750℃真空煅烧2-6h后即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。该合成方法具有生产成本低和环保等特点。所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂呈现球形结构，粒径均匀，形貌统一，电化学性能一致且稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用磷酸铁锂正极材料的合成方法。
背景技术
随着全球经济的飞速发展，对资源的消耗也越来越大，能源领域的危机日益严重。据调查，目前探明的全球石油储量仅仅能够人类再使用大约50年，但是石油消耗量的却呈现为逐年增长的趋势。从目前的消费渠道来看，各类汽车是石油消耗的主要方面。统计数据表明，2004年全球汽车消耗8亿吨汽油，占石油消耗量的50％。同时，汽车燃油排放的有害气体，严重污染了人类的生存环境。全球大气污染42％来自于交通车辆的排放。因此，在汽车行业，设计、制造、使用汽油用量低、污染排放小的新能源汽车势在必行。
基于目前的严重的能源危机和污染问题，世界各国对发展电动汽车非常重视，我国863计划中也将发展电动车列为重要发展方向。作为车载动力的动力电池的研究，成为动力汽车发展的主要瓶颈。目前动力电池主要的候选者有镍氢电池，锂离子电池和燃料电池。基于性价比的考虑，锂离子电池具有较大的优势。
磷酸铁锂材料（LiFePO4）是在动力汽车要求下涌现的新型锂离子正极材料，特征是具有很好的安全性。磷酸铁锂材料为橄榄石结构，空间群为Pnmb，其中氧原子以一种稍微扭曲的六方密堆积形式排列，磷离子占据四面体的4c位，铁原子和锂原子占据八面体的4c位和4a位，形成FeO6八面体和LiO6八面体。交替排列的FeO6八面体、LiO6八面体和PO4四面体形成正交晶系结构。这种结构的磷酸铁锂具有非常稳定的锂离子脱嵌行为，现有的测试结果表明，该材料制备成为电池后，经过2000充放电循环后仍然具有80％以上的初始容量，满足动力汽车终身使用要求。
目前合成磷酸铁锂的方法主要有高温固相法，碳热还原法、水热合成法等。
被工业界广泛采用的高温固相法通常采用碳酸锂、氢氧化锂为锂源，草酸亚铁、乙酸亚铁、乙二酸亚铁等二价有机铁盐以及磷酸二氢铵等的均匀混合物为起始物，经预烧和研磨后高温合成。如中国专利200610035986.1，介绍了一种采用高温高压固相还原法合成磷酸铁锂正极材料的方法，该发明采用锂盐、铁盐和磷酸盐的混合物预加热200～300℃，冷却，加碳，研磨后再在450~1000℃处理。使用该技术路线，原料成本在5万元每吨左右，同时在混合物预加热工艺处理中产生大量有害气体（碳氧化物、氮氧化物等），在环保方面还要投入一定成本。
碳热还原法是采用三价铁(如磷酸铁、氧化铁)作为铁源，与锂源、磷源和碳源混合，通过固相烧结成碳包覆的磷酸铁锂。反应中，利用碳在高温下的还原作用，将原料中的三价铁还原为二价铁。中国专利200510032593.0，介绍了一种真空碳热还原合成磷酸铁锂的方法，该发明将氧化铁和磷酸二氢锂以及导电剂混合物置于真空炉加热反应6～12h。然而，这种方法其成本与固相合成技术成本相当，合成过程中大大减少了原料分解产生的气体，降低了环保处理的费用。但是该方法要求将三价铁彻底还原成为二价铁，反应气氛控制较为严格，容易产生产品性能的波动。
水热合成法是在水溶液中合成磷酸铁锂材料。中国专利CN101327920A披露了一种薄片状磷酸铁锂纳米材料的制备技术。该方法使用可溶性原料，通过反应后形成前驱体，然后再将该前驱体再反应釜中120－220℃下进行水热处理，通过过滤、洗涤、干燥、煅烧后获得产品磷酸铁锂。该方法特征是能够在低温下合成磷酸铁锂，可以精确控制颗粒大小和形貌，获得的产品具有较好的性能稳定性。该技术原料成本核算在5－6万元，同时有大量的废水需要处理，环保压力很大。
发明内容
本发明的为了解决上述的锂离子电池用磷酸铁锂材料制备过程原料成本高等的缺陷，而提供一种低成本的锂离子电池用磷酸铁锂材料的合成方法。
本发明的技术方案
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，即通过如下步骤的方法合成，即首先将磷酸加到去离子水中配制成磷酸溶液，在搅拌状态下，将还原铁粉加入到磷酸溶液反应2h后所得的生成物加入球磨机中进行球磨；然后将氢氧化锂和蔗糖溶解在去离子水中形成溶液，将所得的溶液加入上述球磨产物中，搅拌混合均匀后于200℃下喷雾干燥得到球形磷酸铁锂粉料，最后将所得的球形磷酸铁锂粉体控制温度为600-750℃进行真空煅烧2-6h后即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
还原铁粉 50-62份
磷酸 105-126份
氢氧化锂 38-46份
蔗糖 15份
去离子水 650份。
上述的一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将50-62份磷酸溶解在400份去离子水中配制成磷酸溶液，搅拌状态下，将还原铁粉加入到磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中球磨2h，得到前驱物A；
（2）、将38-46份氢氧化锂与15份蔗糖溶解在250份去离子水中配制成氢氧化锂溶液，将配制好的氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B于200℃下进行喷雾干燥，获得的球形磷酸铁锂粉体置于匣钵中，然后将匣钵置于真空炉中控制温度为600-750℃进行真空煅烧2-6h，即得到直径在2-5微米，D50平均粒径为2.31-2.67微米的锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
本发明的有益效果
本发明的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，与固相合成工艺相比，由于使用还原铁粉、磷酸和氢氧化锂作为原料，煅烧过程中没有环境污染性气体氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳等的排放，因此，具有非常好的环保特性；与碳热还原工艺相比，由于还原铁粉与磷酸反应后形成二价铁离子，在后续磷酸铁锂物相的形成过程中不存在铁的价态还原问题，因此，能够保持材料电化学性能的一致性与稳定性；与水热合成工艺相比，减少了大量的水资源使用与废水排放处理费用。
本发明的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，原材料成本可控制在3万元每吨以下；而采用其他工艺，原材料成本在5万元以上，因此本发明的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法具有生产成本低的特点。
另外，本发明的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂呈现球形结构，粒径均匀，形貌统一。并且电化学性能测试表明该锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有优良的电化学性能，适用于高性能动力电池的生产。
综上所述，本发明的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法在保持所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂电化学性能的一致性与稳定性的同时，还具有生产成本低和环保等特点。
附图说明
图1、实施例1所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的XRD图谱；
图2、实施例1所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的SEM图；
图3、实施例1所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能图谱。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进行详细说明，但并不限制本发明。
电池的制备与电化学性能测试方法
①、电池正极片的制备：
将获得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂、导电碳粉、有机粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比92：3：5混合后得到混合分体，将该混合粉体10克，加入有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）12克，充分搅拌后形成浆料，涂覆与铝箔表面，烘干后，多次轧制，获得电池正极片；
②、电池组装与性能测试
使用2016型半电池评估获得磷酸铁锂的电化学性能。将轧制好的电池极片冲压成为直径12毫米的园片，准确称量其质量后，根据配方组成计算出极片中的磷酸铁锂质量，使用直径19毫米的隔膜，使用直径15毫米的金属锂片作为负极，在手套箱中组装为可测试电池。
电池的比容量测试使用武汉蓝电公司电池测试仪（Land2000）进行。在0.5C条件下进行多次循环测试。
实施例1
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将115份磷酸，加入到400份去离子水中，搅拌形成磷酸溶液，将56份还原铁粉，搅拌状态下加入到上述磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将42份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到的氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B，在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度680℃进行煅烧4h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行检测，所得的XRD测试结果如图1所示，从图1中可以看出该图谱中所有的衍射峰都可以标定为磷酸铁锂的衍射峰，没有其他物质的峰位出现，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂，使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行形貌检测，所得的SEM观察结果如图2所示，从图2中可以看出，所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有规则的圆形颗粒的形貌特征，直径在2-5微米，D50平均粒径为2.41微米。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，前5次充放电结果如图3所示，从图3中可以看出，平均放电质量比容量为158mAh/g，首次充电比容量为165mAh/g，首次放电比容量为157mAh/g，首次循环库仑效率95.2％，充电恒流比98.4％，放电中值电压3.42V，3V以上平台率92％，100次循环后容量保持率97.6％。由此表明，上述合成方法所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例2
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将105份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成磷酸溶液，搅拌状态下将50份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将38份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度600℃进行煅烧6h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.53微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明，所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为151mAh/g，首次充电比容量为167mAh/g，首次放电比容量为153mAh/g。首次循环库仑效率91.6％。充电恒流比98.7％，放电中值电压3.40V，3V以上平台率92.3％。100次循环后容量保持率97.9％。这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例3
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将126份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将62份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将46份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度750℃进行煅烧2h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.31微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为152mAh/g，首次充电比容量为162mAh/g，首次放电比容量为150mAh/g。首次循环库仑效率92.6％。充电恒流比98.2％，放电中值电压3.39V，3V以上平台率93.1％。100次循环后容量保持率98.2％。这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例4
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将115份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将50份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将46份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度680℃进行煅烧6h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.46微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为148mAh/g，首次充电比容量为161mAh/g，首次放电比容量为154mAh/g。首次循环库仑效率95.7％。充电恒流比98.2％，放电中值电压3.40V，3V以上平台率93.1％。100次循环后容量保持率97.4％。这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例5
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将126份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将56份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将38份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B,在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度750℃进行煅烧4h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.37微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为156mAh/g，首次充电比容量为168mAh/g，首次放电比容量为157mAh/g。首次循环库仑效率93.5％。充电恒流比97.9％，放电中值电压3.42V，3V以上平台率92.8％。100次循环后容量保持率98.4％。这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例6
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将105份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将62份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将42份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B,在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度600℃进行煅烧4h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.58微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为149mAh/g，首次充电比容量为165mAh/g，首次放电比容量为150mAh/g。首次循环库仑效率90.9％。充电恒流比98.4％，放电中值电压3.37V，3V以上平台率94.2％。100次循环后容量保持率98.4％。这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例7
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将105份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将56份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将38份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B,在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度680℃进行煅烧2h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.57微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为156mAh/g，首次充电比容量为169mAh/g，首次放电比容量为158mAh/g。首次循环库仑效率93.5％。充电恒流比97.9％，放电中值电压3.41V，3V以上平台率94.1％。100次循环后容量保持率97.6％。这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例8
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将126份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将56份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将42份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B, 在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度600℃进行煅烧2h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.34微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为155mAh/g，首次充电比容量为162mAh/g，首次放电比容量为157mAh/g。首次循环库仑效率96.9％。充电恒流比98.2％，放电中值电压3.41V，3V以上平台率93.7％。100次循环后容量保持率98.5％。这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例9
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将126份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将50份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将46份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，得到氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B,在搅拌状态下，使用实验室小型二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃左右，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度750℃进行煅烧6h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的D50平均粒径为2.67微米。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂按照实施例1的方法制成电池极片，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行了测试，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均放电质量比容量为157mAh/g，首次充电比容量为168mAh/g，首次放电比容量为160mAh/g，首次循环库仑效率95.2％，充电恒流比98.2％，放电中值电压3.40V，3V以上平台率94.1％，100次循环后容量保持率98.4％，这表明上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
综上所述，本发明的一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，使用廉价的还原铁粉作为原料，通过球磨、喷雾干燥和真空煅烧等步骤获得了纯相磷酸铁锂正极材料，该合成方法过程操作简单，成本低廉，同时过程没有废水和废气排放，因此本发明的一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法具有成本优势和环保特征。通过本发明合成方法所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂呈现球形结构，粒径均匀，形貌统一。电化学性能测试结果表明，该锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有优良的电化学性能，适用于高性能动力电池的生产。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法，具体包括如下步骤：
（1）、将126份磷酸加入到400份去离子水中，搅拌形成均匀磷酸溶液，搅拌状态下将56份还原铁粉加入到上述的磷酸溶液中反应2h后，将所得到的生成物加入球磨机中进行球磨2h后出料，得到前驱物A;
（2）、将42份氢氧化锂，15份蔗糖溶解在250份的去离子水中，将得到的氢氧化锂溶液在搅拌状态下加入到步骤（1）所得的前驱物A中，搅拌均匀后得到前驱物B；
（3）、将步骤（2）所得的前驱物B, 在搅拌状态下，使用二流体喷雾干燥器进行喷雾干燥，控制进料量5ml/min，干燥介质温度在200℃，即可获得球形磷酸铁锂粉体；
将上述所得的球形磷酸铁锂粉体材料置于坩埚中，放在真空炉中控制温度600℃进行煅烧2h，即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂；
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂通过X射线衍射仪进行测试，结果表明上述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸铁锂材料；
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂使用扫描电镜进行扫描，结果表明所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的平均粒径D50为2.34微米。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HUANG KEJUN Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY Effective date: 20130930 Owner name: HONG XIAOSHI Effective date: 20130930 |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Huang Kejun Inventor after: Cao Jinwei Inventor after: Huang Shengyuan Inventor after: Chang Chengkang Inventor before: Chang Chengkang Inventor before: Tang Yue Inventor before: Deng Ling Inventor before: Wang Yongqiang Inventor before: Shi Yunwei Inventor before: Luo Ziyao Inventor before: Lv Jing |
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: CHANG CHENGKANG TANG YUE DENG LING WANG YONGQIANG SHI YUNWEI LUO ZIYAO LV JING TO: HUANG KEJUN CAO JINWEI HUANG SHENGYUAN CHANG CHENGKANG Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 200235 XUHUI, SHANGHAI TO: 311300 HANGZHOU, ZHEJIANG PROVINCE |
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