CN103682259A - 一种环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法 - Google Patents

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郭文杰
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Abstract

本发明公开一种环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将含铁化合物、含磷化合物、含锂化合物溶于水中，加入葡萄糖，充分溶解，得到溶液；（2）将步骤（1）得到的溶液在喷雾干燥机中干燥成前驱体粉末；（3）将步骤（2）得到的前驱体粉末在氮气气氛下烧结，得到环保型磷酸铁锂正极材料。本发明的制备方法，所用原料不含氯化物，不会腐蚀设备；不含硝酸根，生产过程不产生氮氧化物，不污染环境；所有原料均可溶解于水中，形成水溶液，达到分子水平的混合，产品一致性较好。

Description

一种环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料的制备领域，特别涉及一种环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法。
背景技术
磷酸铁锂是一种新型锂离子电池正极材料，其特点是放电容量大，价格低廉，无毒性，不造成环境污染，世界各国正竞相实现产业化生产。锂离子电池的性能主要取决于正极材料，磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料，其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出的大容量锂离子电池更易串联使用，可以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。
目前主要的生产方法为高温固相合成法，其它方法还有碳热还原法（CTR）、微波合成法、机械合金化法、液相共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法等。这些方法都有各自的优势与不足，但都存在着产品一致性较差的问题，目前国内还没有一家磷酸铁锂材料厂能够解决这一问题。有些方法还使用硝酸铁为铁源，生产过程产生大量氮氧氧化物，对环境污染严重。从材料制备角度来说，磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。在这一复杂的反应过程中，很难保证反应的一致性。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法，所用原料不含氯化物，不会腐蚀设备；不含硝酸根，生产过程不产生氮氧化物，不污染环境；所有原料均可溶解于水中，形成水溶液，达到分子水平的混合，产品一致性较好。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将含铁化合物、含磷化合物、含锂化合物按1∶0.95～1.10∶0.95～1.10的摩尔比溶于水中，加入葡萄糖，充分溶解，得到溶液；所述含铁化合物为柠檬酸铁或柠檬酸铁铵；所述含磷化合物为磷酸、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵；所述含锂化合物为氢氧化锂或碳酸锂；
（2）将步骤（1）得到的溶液在喷雾干燥机中干燥成前驱体粉末；
（3）将步骤（2）得到的前驱体粉末在氮气气氛下700～800℃烧结，得到环保型磷酸铁锂正极材料。
步骤（1）所述溶液的固含量为35～55%。
步骤（2）所述前驱体粉末的含水量控制在5%以下。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明的制备方法，所用原料不含氯化物，不会腐蚀设备；不含硝酸根，生产过程不产生氮氧化物，仅产生少量氨，可通过水浴吸收，也可选择不含铵的化合物，做到无氮化物排放，不污染环境。
（2）本发明的制备方法，所有原料均可溶解于水中，形成水溶液，达到分子水平的混合，产品一致性较好。
（3）本发明制备得到的环保型磷酸铁锂正极材料，振实密度达1.2cm3/g以上；用于制备扣式电池时，产品的比容量可达150mAh/g以上。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
（1）称取柠檬酸铁350g，85%的磷酸120g，一水氢氧化锂44g，一水葡萄糖50g依次加入350g水中，搅拌至全部溶解，得到固含量为48%的溶液；
（2）将步骤（1）的溶液，在喷雾干燥机上干燥，出口温度设定为105℃，得到含水率为2%的前驱体粉末；
（3）将步骤（2）的前驱体粉末在管式炉中、氮气气氛下高温焙烧，升温曲线为30分钟升至350℃，保温2小时；30分钟升至550℃，保温3小时；30分钟升至750℃，保温3小时；自然冷却至常温。升温前预先通氮气30分钟，焙烧过程及降温过程，均需通氮气保护。
按上述实施例制备的磷酸铁锂，测得振实密度达1.22cm3/g。制备成扣式电池，测得比容量为155mAh/g。
实施例2
（1）称取柠檬酸铁铵350g，磷酸氢二铵177g，碳酸锂99g，一水葡萄糖50g依次加入350g水中，搅拌至全部溶解，得到固含量为52%的溶液；
（2）将步骤（1）的溶液，在喷雾干燥机上干燥，出口温度设定为95℃，得到含水率为4%的前驱体粉末；
（3）将步骤（2）的前驱体粉末在管式炉中、氮气气氛下高温焙烧，升温曲线为30分钟升至350℃，保温2小时；30分钟升至550℃，保温3小时；30分钟升至700℃，保温5小时；自然冷却至常温。升温前预先通氮气30分钟，焙烧过程及降温过程，均需通氮气保护。
按上述实施例制备的磷酸铁锂，测得振实密度达1.21cm3/g。制备成扣式电池，测得比容量为157mAh/g。
实施例3
（1）称取柠檬酸铁350g，磷酸二氢铵150g，碳酸锂84g，一水葡萄糖50g依次加入350g水中，搅拌至全部溶解，得到固含量为50%的溶液；
（2）将步骤（1）的溶液，在喷雾干燥机上干燥，出口温度设定为100℃，得到含水率为3%的前驱体粉末；
（3）将步骤（2）的前驱体粉末在管式炉中、氮气气氛下高温焙烧，升温曲线为30分钟升至350℃，保温2小时；30分钟升至550℃，保温3小时；30分钟升至800℃，保温5小时；自然冷却至常温。升温前预先通氮气30分钟，焙烧过程及降温过程，均需通氮气保护。
按上述实施例制备的磷酸铁锂，测得振实密度达1.21cm3/g。制备成扣式电池，测得比容量为157mAh/g。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将含铁化合物、含磷化合物、含锂化合物按1∶0.95～1.10∶0.95～1.10的摩尔比溶于水中，加入葡萄糖，充分溶解，得到溶液；所述含铁化合物为柠檬酸铁或柠檬酸铁铵；所述含磷化合物为磷酸、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵；所述含锂化合物为氢氧化锂或碳酸锂；
（2）将步骤（1）得到的溶液在喷雾干燥机中干燥成前驱体粉末；
（3）将步骤（2）得到的前驱体粉末在氮气气氛下700～800℃烧结，得到环保型磷酸铁锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述溶液的固含量为35～55%。
3.根据权利要求1所述的环保型磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述前驱体粉末的含水量控制在5%以下。
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