CN107403909A - 一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法以掺杂了少量磷酸亚铁的磷酸铁作为铁源和磷源，制备的物料先后进行喷雾干燥、烧结和隧道干燥处理得到磷酸铁锂正极材料。本发明使用铁源、锂源、碳源进行烧结制成磷酸铁锂，有效控制了磷酸铁锂产品的性能，同时有效降低了生产的能耗。

Description

一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、摄录机、电子仪表等，在UPS、电动工具、电动自行车、电动汽车、储能电池等领域也具有光明的应用前景。近年来，锂离子电池的产量飞速增长，应用领域不断扩大，已成为在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。
目前，锂离子电池在便携式电子产品用的小型电池领域已日趋成熟，应用范围正逐步向中大容量、中高功率的动力型和储能型电池领域拓展。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能在很大程度上决定了电池的综合性能。因此，对正极材料的研究和性能改进是锂离子电池发展的核心之一。
发明内容
本发明旨在提供一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，使用铁源、锂源、碳源进行烧结制成磷酸铁锂，有效控制了磷酸铁锂产品的性能，同时有效降低生产的能耗，达到节能降耗的目的。
本发明的磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.向反应釜中加入铁源与磷源，再加入蒸馏水配制混合溶液；所述铁源与磷源为掺杂了少量磷酸亚铁的磷酸铁；
S2.向混合溶液中加入锂源和碳源，搅拌并调节固含量为5-60％，然后升温至100-150℃，反应时间为0.5-2.5h；
S3.将上述混合物料直接输送至喷雾干燥机连续进行两次喷雾干燥，进风温度为120-150℃，出口温度为80-120℃；
S4.将干燥后的物料在惰性气体保护下进行烧结；
S5.将烧结后物料进行隧道干燥即得磷酸铁锂正极材料，干燥温度为100-150℃。
优选地，所述铁源与磷源中磷酸亚铁的比例为0-10％。
优选地，所述铁磷源与锂源的摩尔比为1：1-1.05。
优选地，所述铁磷源与碳源的质量比为1：0.02-0.1。
优选地，所述烧结温度为500-800℃，烧结时间为6-15h。
优选地，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、草酸锂中的一种或多种。
优选地，所述碳源为三羟甲基丙烷、季戊四醇、双季戊四醇、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、蔗糖、葡萄糖、果糖、柠檬酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醚中的一种或多种。
优选地，所述惰性气体是指不与反应物和产物发生化学反应的任意一种气体或气体混合物，如氮气、氩气和元素周期表零族气体中的一种或几种。
优选地，所述反应釜中压力为0.5-10MPa。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用磷酸亚铁掺杂磷酸铁作为原料，能够通过控制磷、铁、锂的比例来控制磷酸铁锂在不同倍率的电容、循环寿命等性能；
2)本发明在反应釜中进行高压反应，通过搅拌即可使物料混合均匀，省去了球磨工序，节省了设备投入与电力消耗，降低了生产成本；
3)本发明中物料合成后直接进行喷雾干燥，进风温度由普通工艺的180-250℃降低至120-150℃，有效降低了喷雾干燥阶段的能耗，降低了生产能耗。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.在压力釜内投入100g掺杂了磷酸亚铁的磷酸铁作为铁磷源，其中磷酸亚铁占1％，然后注入200g蒸馏水配制混合溶液，反应釜内压力为5MPa；
S2.向混合溶液中加入碳酸锂和葡萄糖，搅拌并调节固含量为10％，然后在不断搅拌下升温至150℃，反应2.5h使其混合均匀；所述铁磷源与碳酸锂的摩尔比为1：1，所述铁磷源与葡萄糖的质量比为1：0.05；
S3.将混匀后物料直接输送至喷雾干燥机连续进行两次喷雾干燥，进风温度为120℃，出口温度为100℃；有效降低了生产能耗；
S4.将干燥后物料在惰性气体保护下进行烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为8h；
S5.将烧结后物料在120℃下进行隧道干燥即得磷酸铁锂正极材料。
本实施例的磷酸铁锂材料的振实密度为0.90g/cm3。
实施例2
本实施例公开了一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.在压力釜内投入100g掺杂了磷酸亚铁的磷酸铁作为铁磷源，其中磷酸亚铁占10％，然后注入200g蒸馏水配制混合溶液，反应釜内压力为8MPa；
S2.向混合溶液中加入氢氧化锂和季戊四醇，搅拌并调节固含量为5％，然后在不断搅拌下升温至100℃，反应0.5h使其混合均匀；所述铁磷源与碳酸锂的摩尔比为1：1，所述铁磷源与葡萄糖的质量比为1：0.1；
S3.将混匀后物料直接输送至喷雾干燥机连续进行两次喷雾干燥，进风温度为150℃，出口温度为120℃；有效降低了生产能耗；
S4.将干燥后物料在惰性气体保护下进行烧结，烧结温度为600℃，烧结时间为15h；
S5.将烧结后物料在150℃下进行隧道干燥即得磷酸铁锂正极材料。
本实施例的磷酸铁锂材料的振实密度为0.87g/cm3。
实施例3
本实施例公开了一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.在压力釜内投入100g掺杂了磷酸亚铁的磷酸铁作为铁磷源，其中磷酸亚铁占5％，然后注入80g蒸馏水配制混合溶液，反应釜内压力为10MPa；
S2.向混合溶液中加入醋酸锂和三羟甲基丙烷，搅拌并调节固含量为60％，然后在不断搅拌下升温至130℃，反应1.5h使其混合均匀；所述铁磷源与碳酸锂的摩尔比为1：1.05，所述铁磷源与葡萄糖的质量比为1：0.05；
S3.将混匀后物料直接输送至喷雾干燥机连续进行两次喷雾干燥，进风温度为130℃，出口温度为110℃；有效降低了生产能耗；
S4.将干燥后物料在惰性气体保护下进行烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为12h；
S5.将烧结后物料在130℃下进行隧道干燥即得磷酸铁锂正极材料。
本实施例的磷酸铁锂材料的振实密度为0.93g/cm3。
将实施例1-3制备的磷酸铁锂材料与聚氯乙烯、NMP溶剂以及导电炭黑进行混合，经超声分散后进一步搅拌3-5h充分混匀得浆料，将浆料涂抹于铝箔正面上，烘干得到正极极片；以锂箔为对电极，在充满氩气的手套箱中装配成扣式电池，进行恒电流充放电测试，充放电电压为2.5-4.2V，在室温下测试磷酸铁锂在不同倍率下的比电容。
测试结果如下表：
实施例 1 2 3
0.1C倍率下的比电容(mAh/g) 190 185 192
1C倍率下的比电容(mAh/g) 180 176 185
10C倍率下的比电容(mAh/g) 120 116 122
循环效率(1000周后) 80％ 82％ 82％
本发明的有益效果是：
1)本发明采用磷酸亚铁掺杂磷酸铁作为原料，能够通过控制磷、铁、锂的比例来控制磷酸铁锂在不同倍率的电容、循环寿命等性能；
2)本发明在反应釜中进行高压反应，通过搅拌即可使物料混合均匀，省去了球磨工序，节省了设备投入与电力消耗，降低了生产成本；
3)本发明中物料合成后直接进行喷雾干燥，进风温度由普通工艺的180-250℃降低至120-150℃，有效降低了喷雾干燥阶段的能耗，降低了生产能耗。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.向反应釜中加入铁源与磷源，再加入蒸馏水配制混合溶液；所述铁源与磷源为掺杂了少量磷酸亚铁的磷酸铁；
S2.向混合溶液中加入锂源和碳源，搅拌并调节固含量为5-60％，然后升温至100-150℃，反应时间为0.5-2.5h；
S3.将上述混合物料直接输送至喷雾干燥机连续进行两次喷雾干燥，进风温度为120-150℃；
S4.将干燥后的物料在惰性气体保护下进行烧结；
S5.将烧结后物料进行隧道干燥即得磷酸铁锂正极材料，干燥温度为100-150℃。
2.根据权利要求1所述的电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁源与磷源中磷酸亚铁的比例为0-10％。
3.根据权利要求1或2所述的电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁磷源与锂源的摩尔比为1：1-1.05。
4.根据权利要求3所述的电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁磷源与碳源的质量比为1：0.02-0.1。
5.根据权利要求4所述的电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为500-800℃，烧结时间为6-15h。
6.根据权利要求5所述的电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、草酸锂中的一种或多种。
7.根据权利要求1或6所述的电池用磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为三羟甲基丙烷、季戊四醇、双季戊四醇、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、蔗糖、葡萄糖、果糖、柠檬酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醚中的一种或多种。
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