[發(fā)明專利]摻雜金屬元素磷酸鐵的合成方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910172235.8
• 申請(qǐng)日: 2009-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN101692488A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程迪;徐擁軍;魏玲;賈金桃;王明強(qiáng);尹正中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南新飛科隆電源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04;H01M4/58
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原專利有限責(zé)任公司 41107
• 代理人: 馬既森

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及二次電池，特別是一種摻雜金屬元素磷酸鐵的合成方法。

背景技術(shù)：

鋰離子二次電池具有高能量密度、優(yōu)良的循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的高容量大功率電池，廣泛應(yīng)用與便攜式電器、軍事裝備等領(lǐng)域，也可作用于電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。在鋰電池產(chǎn)品的組成中，正極材料直接決定了最終鋰離子電池產(chǎn)品的性能指標(biāo)。商業(yè)鋰離子電池多數(shù)用鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰作正極材料，目前常用的鎳鈷錳酸鋰具有較高的容量和良好的熱穩(wěn)定性，但由于鈷資源匱乏、價(jià)格昂貴、污染環(huán)境等缺點(diǎn)，限制了該材料的大范圍使用。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種資源豐富、價(jià)格低、無(wú)毒、無(wú)污染的鋰離子電池正極活性物質(zhì)所用材料摻雜金屬元素磷酸鐵的合成方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是以如下方式完成的，其特征在于：(1)以鐵的硫酸鹽、氯化鹽或硝酸鹽為鐵源，將含有其它金屬陽(yáng)離子元素的物質(zhì)任意一種與鐵源混合，按摩爾比n(Fe)∶n(M)＝X∶Y，其中Y＝0.01-0.20，準(zhǔn)確稱取各物料，加適量的蒸餾水，配制成鐵和其它金屬元素的混合溶液，其總摩爾濃度為0.1～5mol/L；(2)以磷酸二氫銨、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸三鈉中的一種或一種以上混合物為磷源，配制成1～5mol/L的磷溶液；(3)以1～12mol/L的氨水為絡(luò)合劑和中和劑；(4)控制反應(yīng)溫度為20～98℃，用精密電子計(jì)量泵分別將含有摻雜金屬元素的鐵混合溶液以1～100ml/min的流量，將磷溶液以1～100ml/min的流量泵入反應(yīng)器中，氨水的流量1～50ml/min，以控制pH值在1～10之間，攪拌速度為100～3000r/min，使其連續(xù)在不銹鋼反應(yīng)器中共沉淀生成球形摻雜金屬M(fèi)元素的磷酸鐵粉體物質(zhì)；(5)將上述反應(yīng)溶液經(jīng)過陳化1～2h，用離心機(jī)甩干，并將甩干的物料以1～5倍蒸餾水進(jìn)行洗滌，洗滌液洗至pH＞7時(shí)，然后將物料均勻攤至不銹鋼托盤中，厚度是1～2cm，然后經(jīng)70～200℃干燥3～4h，即可得到黃白色球形摻雜金屬元素的磷酸鐵。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、資源豐富、造價(jià)低、無(wú)菌、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

(1)以硝酸鐵為鐵源，以硫酸鎳為鎳源，按摩爾比n(Fe)∶n(M)＝0.8∶0.2的比例，準(zhǔn)確稱取各物料，加適量的蒸餾水，配制成鐵和鎳元素的混合水溶液；(2)配制成2.5mol/L的溶液。以磷酸二氫銨1mol/L，磷酸銨1.5mol/L混合溶液為磷源；(3)以10mol/L的氨水為絡(luò)合劑并調(diào)整反應(yīng)體系的pH值；(4)以上步驟(1)中鐵的混合水溶液的總摩爾濃度為1.0mol/L；(5)使用體積為2L反應(yīng)釜，將反應(yīng)控制反應(yīng)溫度為95℃，用精密電子計(jì)量泵分別將含有摻雜Ni元素的鐵混合溶液以10ml/min的流量，將磷溶液以4.2ml/min的流量泵入反應(yīng)器中，氨水溶液的流量6ml/min，使pH值在1.90，攪拌速度為2500r/min，使其連續(xù)在不銹鋼反應(yīng)器中共沉淀生成球形摻雜金屬Ni元素的磷酸鐵物質(zhì)；(6)將反應(yīng)液經(jīng)過陳化2h，用離心機(jī)甩干，并將甩干的物料以5倍蒸餾水進(jìn)行洗滌，洗滌液洗至pH＞7時(shí)，然后將物料均勻攤至不銹鋼盤中，厚度為1～2cm，然后經(jīng)100～105℃干燥3～4h，即可得到黃白色球形摻雜Ni元素的磷酸鐵粉體物質(zhì)；將摩爾比為n(Fe_0.8Ni_0..2PO₄)∶n(碳酸鋰)＝1∶1混合，將混合物經(jīng)100～500℃預(yù)燒1～10h，將預(yù)燒后物料經(jīng)球磨得到平均粒徑為10～15um，在氮?dú)鈿夥罩杏?00～1000℃焙燒1～20h，冷卻、球磨后即得LiFePO₄/Ni復(fù)合材料。制得摻雜鎳的磷酸鐵鋰正極材料。(7)按下述工藝條件，以摻雜金屬鎳磷酸鐵鋰為正極活性物質(zhì)，鋰片為負(fù)極，組裝成雙電極實(shí)驗(yàn)電池。正極膜的質(zhì)量組成為m₁(活性物質(zhì))∶m₂(聚四氟乙烯)∶m₃(石墨)＝92∶3∶5，厚度≤0.2mm，將正極膜滾壓在不銹鋼網(wǎng)上制成正極片，在120℃下干燥2h；以金屬鋰片作為負(fù)極；隔膜為進(jìn)口聚丙烯微孔膜(Celgard2400)；電解液為1mol/L?LiPF₆碳酸乙烯脂(EC)+碳酸二甲酯(DMC)(體積比1∶1)，在相對(duì)濕度＜2％的手套箱中組裝成實(shí)驗(yàn)電池。電池的充放電性能測(cè)試在室溫下進(jìn)行，用二次電池性能監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行充放電循環(huán)測(cè)試，充放電方式如下：充電先以恒流0.1C充電(終止電壓為4.1V)，后恒壓充電(充電電壓4.1V，終止條件為電流降到0.01C)；放電以恒流方式進(jìn)行，放電電流為0.1C，終止電壓為2.5V。