專利名稱：磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法。
背景技術(shù)：
綠色環(huán)保的貯能元件一鋰離子電池的開發(fā)是當(dāng)前解決新能源和環(huán)保技術(shù)十分緊迫的問題。目前廣泛研究的鋰離子電池正極材料主要有LiCo02，LiNiO2, LiMn2O4,LiCoxNihO2等。商品化的LiCoO2成本高，毒性大，Co資源有限，作為動力電池使用安全性不高。LiNiO2比LiCoO2價格低，但合成困難，熱穩(wěn)定性差。尖晶石LiMn2O4體系是最具潛力的動力鋰離子電池正極材料之一，它具有原料豐富，價格低廉，無環(huán)境污染，安全性能較好，作為動力鋰離子電池能提供大電流放電等優(yōu)點(diǎn)。但LiMn2O4在充放電過程中體積變化較大，Mn4VMn3+轉(zhuǎn)換時會出現(xiàn)Jahn-Teller效應(yīng),在高溫下Mn3+發(fā)生歧化作用和易溶于電解液中等缺點(diǎn)導(dǎo)致LiMn2O4循環(huán)性能和高溫電性能較差，這些因素導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域受到很大限制。目前對此材料的研究集中在LiMn2O4的改性方面。1997年，美國德州大學(xué)J. B. Goodenough教授的研究小組首次成功合成LiFeP04正極材料，這一發(fā)現(xiàn)引起國際電化學(xué)界的廣泛重視。LiFePCM具有安全性好、價格低廉、環(huán)保、循環(huán)性能好，且具備大電流充放電特性等優(yōu)點(diǎn)。制備合成的方法主要可分為兩大類即固相法和液相法。固相法是通過原料混合物以“固態(tài)一固態(tài)”反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。它取決于參加反應(yīng)的固體之間的接觸面、成核速率及原子或離子間通過物相的擴(kuò)散速率。固相法合成的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，但最終產(chǎn)物的粒徑和純度都難以控制，粒徑分布不均勻，形貌也不規(guī)則，批次一致性差，給后續(xù)的鋰離子電池生產(chǎn)造成較大的困難。相對于固相法，液相法產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形貌可控，但合成周期較長，工藝過程復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題提供一種磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，采用濕化學(xué)法合成磷酸亞鐵鋰材料，克服已有兩種合成法的缺陷，解決了批次一致性差的問題和規(guī)模生產(chǎn)的難題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法包括下述步驟第一步按下述重量比配比原料磷酸二氫鋰6. 5-6. 8，硝酸鐵24. 5-25. 6，硝酸鎂0-0. 6，葡萄糖 2. 0-2. 2 ；第二步將磷酸二氫鋰、硝酸鐵、硝酸鎂、葡萄糖按上述配比充分溶解于去離子水中，然后將此充分溶解的溶液采用噴霧干燥工藝造粒，干燥溫度控制在250-400°C，獲得粒徑可控的球形粉末；再對此球形粉末在650-800°C下煅燒8-12h后冷卻至室溫即可。所述煅燒過程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。所述煅燒工藝的升溫速率2-10°C /min,降溫速率2_10°C /min。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果
I、本發(fā)明使用廉價且來源豐富的三價鐵作為鐵源，用廉價的食用葡萄糖作為碳源。由于鋰磷源化合物、鐵源化合物和碳源等都可溶于去離子水，從而使得反應(yīng)物比較容易均勻混合。避免了固相法因長時間細(xì)磨引入的雜質(zhì)，提高了產(chǎn)品純度，同時解決了傳統(tǒng)固相法合成LiFePCM工藝中多種原料不易混合均勻而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定和批次穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。2、本發(fā)明采用工藝 簡單、成本低的噴霧干燥工藝造粒，并通過控制反應(yīng)物水溶液的粘度、流速和反應(yīng)塔的溫度來控制前驅(qū)體的粒度和形貌，獲得粒徑可控的球形粉末。在后續(xù)鍛燒工藝過程中球型前驅(qū)體可使反應(yīng)氣體勻速擴(kuò)散，反應(yīng)更加均勻，使得不同批次產(chǎn)品的一致性更好,適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。3、本發(fā)明得到的產(chǎn)物均勻性好、純度高、粒徑分布均勻，形貌規(guī)則，批次一致性好，為后續(xù)生產(chǎn)大容量、高功率的鋰離子電池奠定了良好基礎(chǔ)。


圖I為本發(fā)明制備的LiFePO4球形前驅(qū)體X-射線衍射圖譜，圖2為本發(fā)明制備的LiFePO4球形前驅(qū)體SEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :原料配比磷酸二氫鋰LiH2P046 . 59kg，硝酸鐵Fe (NO3) 39H2025. 61kg，葡萄糖C6H12O6. H2O 2. 09kg。制備方法將磷酸二氫鋰、硝酸鐵、葡萄糖按上述配比溶解于去離子水中，攪拌大約I小時使其完全溶解。然后將此充分溶解的溶液噴霧干燥造粒，干燥溫度控制在350°C左右，從而獲得粒徑可控的球形前驅(qū)體粉末。再將此球形前驅(qū)體粉末放入程控加熱爐內(nèi)，通高純氮?dú)獗Ｗo(hù)，以升溫速率4. 5-5. 50C /min在670±5°C下煅燒10_12h后，然后以降溫速率4-50C /min隨爐冷卻至室溫取出，即可獲得容量型LiFeP04產(chǎn)品。實(shí)施例2:原料配比磷酸二氫鋰LiH2P046 . 6 5 3kg，硝酸鐵 Fe (N03) 39H2024. 56kg，硝酸鎂Mg(NO3)2. 2H20 0. 59kg，葡萄糖 C6H12O6. H2O 2.0kg。制備方法將磷酸二氫鋰、硝酸鐵、硝酸鎂、葡萄糖按上述配比溶解于去離子水中，攪拌大約I小時使其完全溶解。然后將此充分溶解的溶液噴霧干燥造粒，干燥溫度控制在300°C左右.從而獲得粒徑可控的球形前驅(qū)體粉末。再將此球形前驅(qū)體粉末放入程控加熱爐內(nèi)，通高純氮?dú)獗Ｗo(hù)，以升溫速率7-8V Mn在750 ± 5°C下煅燒8_10h后，然后以降溫速率6-7°C /min隨爐冷卻至室溫取出，即可獲得即可獲得倍率型LiFetl95Mgatl5PO4產(chǎn)品。實(shí)施例3 原料配比磷酸二氫鋰LiH2P046 . 64kg，硝酸鐵Fe (NO3) 39H2024. 77kg，硝酸鎂Mg(NO3)2. 2H20 0. 47kg，葡萄糖 C6H12O6. H202. 021kg。制備方法與實(shí)施例2相同。實(shí)施例4 原料配比磷酸二氫鋰 LiH2P046 . 6 2 7kg，硝酸鐵 Fe (NO3) 39H2024. 98kg，硝酸鎂Mg (NO3) 2. 2H20 0. 352kg，葡萄糖 C6H12O6. H202. 038kg。
制備方法與實(shí)施例2相同。實(shí)施例5 原料配比磷酸二氫鋰 LiH2P046 . 61kg，硝酸鐵 Fe (NO3) 39H2025. 188kg，硝酸鎂Mg (NO3) 2. 2H20 0. 234kg，葡萄糖 C6H12O6. H202. 055kg。制備方法與實(shí)施例2相同。實(shí)施例6:原料配比磷酸二氫鋰LiH2P046 . 60kg,硝酸鐵Fe (NO3) 39H2025. 39kg，硝酸鎂Mg(NO3)2. 2H20 0. 117kg，葡萄糖 C6H12O6. H202. 072kg。制備方法與實(shí)施例2相同。上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等效變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征是所述方法包括下述步驟 第一步按下述重量比配比原料磷酸二氫鋰6. 5-6. 8，硝酸鐵24. 5-25. 6，硝酸鎂0-0. 6，葡萄糖 2. 0-2. 2 ； 第二步將磷酸二氫鋰、硝酸鐵、硝酸鎂、葡萄糖按上述配比充分溶解于去離子水中，然后將此充分溶解的溶液采用噴霧干燥工藝造粒，干燥溫度控制在250-400°C，獲得粒徑可控的球形粉末；再對此球形粉末在650-800°C下煅燒8-12h后冷卻至室溫即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征是所述煅燒過程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，其特征是所述煅燒工藝的升溫速率2-10°C /min,降溫速率2_10°C /min。
全文摘要
一種磷酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，第一步按下述重量比配比原料磷酸二氫鋰6.5-6.8，硝酸鐵24.5-25.6，硝酸鎂0-0.6，葡萄糖2.0-2.2；第二步將磷酸二氫鋰、硝酸鐵、硝酸鎂、葡萄糖按上述配比充分溶解于去離子水中，然后將此充分溶解的溶液采用噴霧干燥工藝造粒，干燥溫度控制在250-400℃，獲得粒徑可控的球形粉末；再對此球形粉末在650-800℃下煅燒8-12h后冷卻至室溫即可。本發(fā)明采用濕化學(xué)法合成磷酸亞鐵鋰材料，克服已有兩種合成法的缺陷，解決了批次一致性差的問題和規(guī)模生產(chǎn)的難題。
文檔編號C01B25/45GK102627265SQ20121011108
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者李文興, 柏維 申請人:陜西華星電子開發(fā)有限公司