CN105905879A - 纳米晶高倍率磷酸铁锂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米晶高倍率磷酸铁锂的制备方法，属于电池材料制备技术领域。该材料以FeC2O4·2H2O、Li2CO3、H3PO4、镁的化合物和葡萄糖为原料，以实际摩尔数分别称量FeC2O4·2H2O、Li2CO3、H3PO4、镁的化合物，进行配料预反应，按质量比1:1比例加去离子水液相砂磨，烘干后在300~400℃氮氢混合气氛中预烧12~20小时，再加入葡萄糖和水液相砂磨，喷雾干燥造粒；在600~700℃氮氢混合气氛中高温煅烧12~20小时，即得纳米晶高倍率磷酸铁锂正极材料。利用本发明的配方和制备方法制备的纳米晶高倍率磷酸铁锂正极材料一次粒子尺寸＜50nm,二次颗粒D50=4~6微米，克容量高：＞160mAh/g,倍率性能好：10C/0.5C>95%,低温性能良好：‑20℃容量保持率＞75%，本制备方法工艺简单、低成本，性能优良，适合工业化批量生产。

Description

纳米晶高倍率磷酸铁锂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用纳米晶高倍率磷酸铁锂的制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。
背景技术
磷酸铁锂由于安全性能良好、环保、使用寿命长，是最具有发展前景的锂离子电池的正极材料。目前，磷酸铁锂的制备方法有液相法、高温固相法等。高温固相法由于工艺方法简单，原料及生产成本低，能够实现大规模生产，是当前国内外磷酸铁锂正极材料的主要制备方法。但是传统的高温固相法制备的磷酸铁锂材料，由于原料采用干法球磨，加葡萄糖时采用简单湿法球磨，导致混合不均匀，且采用粉末烧结，易造成产物的批内一致性差，产物的一次粒子生长较大，晶粒尺寸达到几百纳米，导致制作的锂离子电池的克容量、倍率性能、低温性能较差，产品的批内一致性及批次间稳定性差。满足不了动力电池的需要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种改进的用于制备磷酸铁锂的方法，以提高其倍率性能。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于制备磷酸铁锂的方法，以提高锂电池的倍率性能。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于制备磷酸铁锂的方法，以提高锂电池的低温性能。
为实现上述目的，提供了一种制备磷酸铁锂的方法，方法包括以下步骤：
(1)分别称量FeC2O4·2H2O、Li2CO3、H3PO4、镁的化合物四种原料，按照一定摩尔比FeC2O4·2H2O：Li2CO3：H3PO4：镁的化合物=0.95-1.02:0.55~0.57:0.99~1.05:0.02~0.06进行简单混合；
(2)将所配制的原材料以质量比为料：去离子水=1:1进行液相砂磨8~15小时，然后在100~150℃烘干,进行真空干燥；
将干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼;
(3)在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，将料饼在300~400℃进行预烧；保温10~20小时；
(4)将预烧好的物料再加入8wt%葡萄糖粉末，以质量比为固体料：水=1:1.5加入去离子水，进行液相砂磨12~20小时，然后进行喷雾干燥；
将喷雾干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼；
(5)将料饼在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，600~700℃煅烧，并保温10~20小时，然后进行粉碎筛分即得成品。
本发明采用液相预反应法合成磷酸铁锂材料，通过采用H3PO4作为磷源，磷、锂和铁元素在混合过程中发生预反应，从而使得磷、锂和铁元素分散的更均匀，采用N2：H2=8:2的混合气氛可以防止铁的氧化，更有利于磷酸铁锂晶体结构生长完整。利用本发明的制备方法制备的纳米晶高倍率磷酸铁锂正极材料，一次粒子尺寸＜50nm,二次颗粒D50=4~6微米，克容量高：＞160mAh/g，倍率性能好：10C/0.5C>95%,低温性能良好：-20℃容量保持率＞75%。本制备方法工艺简单、低成本、性能优良，适合批量规模化生产。
附图说明
图1为实施例2中的制备方法的工艺流程图。
图2为实施例2中的制备方法的粒径分布图。
图3为实施例2中的制备方法的300倍的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
（1）按照化学计量比FeC2O4·2H2O：Li2CO3：H3PO4：MgO =0.98:0.55:1.0:0.02分别称量FeC2O4·2H2O、Li2CO3、H3PO4、MgO共5000g进行配料混合；
（2）将所配制的原料以料：去离子水=1:1（质量比）进行液相砂磨8小时，然后在120℃真空干燥；
（3）将干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼；
（4）在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，将料饼在300℃进行预烧；保温10小时；
（5）将预烧好的物料再加入8wt%葡萄糖粉末，再以质量比为固体料：去离子水=1:1.5加入去离子水，进行液相砂磨12小时，然后进行喷雾干燥；
（6）将喷雾干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼；
（7）将料饼在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，600℃煅烧，并保温20小时。然后进行粉碎筛分即得成品。
实施例2
（1）按照化学计量比FeC2O4·2H2O：Li2CO3：H3PO4：Mg(OH)2 =0.96:0.56:1.0:0.04分别称量FeC2O4·2H2O、Li2CO3、H3PO4、MgO共5000g进行配料混合；
（2）将所配制的原料以料：去离子水=1:1（质量比）进行液相砂磨8小时，然后在120℃真空干燥；
（3）将干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼；
（4）在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，将料饼在300℃进行预烧；保温15小时；
（5）将预烧好的物料再加入8wt%葡萄糖粉末，再以质量比为固体料：去离子水=1:1.5加入去离子水，进行液相砂磨16小时，然后进行喷雾干燥；
（6）将喷雾干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼；
（7）将料饼在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，650℃煅烧，并保温15小时。然后进行粉碎筛分即得成品。
实施例3
（1）按照化学计量比FeC2O4·2H2O：Li2CO3：H3PO4：MgO =0.96:0.56:1.0:0.04分别称量FeC2O4·2H2O、Li2CO3、H3PO4、MgO共5000g进行配料混合；
（2）将所配制的原料以料：去离子水=1:1（质量比）进行液相砂磨8小时，然后在120℃真空干燥；
（3）将干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼；
（4）在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，将料饼在300℃进行预烧；保温20小时；
（5）将预烧好的物料再加入8wt%葡萄糖粉末，再以质量比为固体料：去离子水=1:1.5加入去离子水，进行液相砂磨20小时，然后进行喷雾干燥；
（6）将喷雾干燥的物料在1500kg/cm2压力下制成料饼；
（7）将料饼在氮氢混合气（氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2）保护下，700℃煅烧，并保温10小时。然后进行粉碎筛分即得成品。

Claims (5)

1.纳米晶高倍率磷酸铁锂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）分别称量FeC2O4·2H2O、Li2CO3、H3PO4、镁的化合物四种原料，按照一定摩尔比进行简单混合；
（2）将所配制的原材料以重量比为料：去离子水=1:1进行液相砂磨8~15小时，然后在100~150℃烘干；进行真空干燥；
（3）将干燥的物料制成料饼；
（4）在氮氢混合气保护下，将料饼在300~400℃进行预烧；保温10~20小时；
（5）将预烧好的物料再加入8wt%葡萄糖粉末，以质量比为固体料：水=1:1.5加入去离子水，进行液相砂磨12~20小时，然后进行喷雾干燥；
（6）将喷雾干燥的物料制成料饼；
（7）将料饼在氮氢混合气保护下，600~700℃煅烧，并保温10~20小时，然后进行粉碎筛分即得成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述镁的化合物为轻质氧化镁、氢氧化镁或草酸镁。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述简单混合中一定摩尔比具体为FeC2O4·2H2O：Li2CO3：H3PO4：镁的化合物=0.95-1.02:0.55~0.57:0.99~1.05:0.02~0.06。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述物料制成料饼是在粉末成型液压机下用1200~1800kg/cm2的压力压制而成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氮氢混合气中氮气和氢气摩尔比为N2：H2=8:2。
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