[發明專利]一種采用冷軋副產品氧化鐵制備磷酸鐵鋰材料的方法

在審

• 申請號: 201410489708.8
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104269553A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 陳宇聞;徐輝宇;馮煒;李斌
• 申請（專利權）人: 上海寶鋼磁業有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 韓國輝

技術領域

本發明涉及一種采用冷軋副產品氧化鐵制備磷酸鐵鋰材料的方法，主要通過二步法對物料的粒度及碳包覆進行調整，進而制備出高性能的磷酸鐵鋰材料。

背景技術

正極材料是制約鋰離子動力電池發展的關鍵和瓶頸，而磷酸鐵鋰的結構非常穩定，鋰離子可以在其晶格中100％地嵌入和脫嵌而不影響其結構，因此，它的循環性能特別好，其安全性能也是有所公認的，容量和電壓也完全可以達到動力電池的要求，因此被業內認為是目前最佳的鋰離子儲能及動力電池的正極材料。

傳統的磷酸鐵鋰制備方法采用的鐵源為磷酸鐵、草酸亞鐵或者是通過共沉淀發制備的氧化鐵，其價格高昂，阻礙了磷酸鐵鋰材料在鋰離子電池的大范圍應用。

目前，產業化生產磷酸鐵鋰材料的方法以固相法為主，但大多采用一次燒結,如CN1581537、CN1762798、CN1767238均采用一次燒結而得到最終的磷酸鐵鋰材料，但對于通過二步法對粒徑的控制進而提高磷酸鐵鋰材料的加工性能，同時通過二次燒結、二次包碳提高其電性能涉及不多。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：1、以鋼鐵企業冷軋副產品氧化鐵為鐵源制備磷酸鐵鋰材料，可大幅降低原材料的成本；2、通過二步法對每個步驟的粒徑進行控制從而控制最終成品的物理性能，通過二次碳包覆及適合的碳源提高其電性能。

一種采用冷軋副產品氧化鐵制備磷酸鐵鋰材料的方法，包括如下步驟：

(1)原材料中鐵源采用鋼鐵企業冷軋副產品三氧化二鐵，磷源、鋰源則采用磷酸二氫鋰、碳酸鋰，碳源采用蔗糖、聚乙烯醇，另加入偏釩酸銨作為摻雜；

(2)稱量配比，將三氧化二鐵、磷酸二氫鋰、碳酸鋰、偏釩酸銨按Li_(1～1.03)Fe_(0.9～1)V_{(0.01～0.15)}PO₄的摩爾比進行配比秤量，蔗糖則按含碳量占最終產物5～10wt％進行稱量；

(3)秤量后的原材料按可溶于水的程度先后投入攪拌磨機中與去離子水混合進行一次攪拌混合，攪拌磨后的料漿粒徑D50控制在≤1.5μm，D90控制在≤5μm；

(4)攪拌混合后的料漿進入到超細磨機進行一次細磨，細磨后的粒徑D50的控制在≤1μm，D90控制在≤3μm；

(5)對一次細磨后料漿進行一次噴霧干燥，顆粒粒徑D50控制在10μm～30μm，碳含量控制在2wt％～5.5wt％；

(6)一次噴霧干燥后進行在惰性氣體下的一次燒結，一次燒結溫度600℃～900℃，保溫時間為4～15小時，燒結后物料碳含量控制在1.5wt％～4.5wt％；

(7)一次燒結后的物料與蔗糖、聚乙烯醇或蔗糖與聚乙烯醇的混合，其中碳源以碳含量占一次燒結后物料的重量0.5～2％進行進行配比稱量；

(8)稱量后的物料投入攪拌磨機中與一定比例的去離子水混合進行二次攪拌磨混合，料漿粒徑控制在D50≤10μm，D90控制在≤25μm；

(9)將二次攪拌磨的料漿進入超細磨機進行二次細磨，最終料漿粒徑控制在D50≤1μm～5μm，D90控制在≤15μm；

(10)將二次細磨后的料漿進行二次噴霧干燥，干燥后物料的碳含量控制在2wt％～5.5wt％之間；

(11)二次噴霧干燥后進行在惰性氣體下的二次燒結，二次燒結溫度600℃～900℃，保溫時間為4～10小時，燒結后成為最終的磷酸鐵鋰材料，其碳含量控制在1.5wt％～4.5wt％；

所述步驟(1)中，原材料中采用鋼鐵企業冷軋副產品氧化鐵作為鐵源進行磷酸鐵鋰材料的制備。

所述步驟(3)中，一次攪拌磨后的粒徑優選為D50的控制在0.7～1.2μm，D90的粒徑控制在1.0～2μm。

所述步驟(4)中，一次細磨后D50粒徑優選控制在0.3～0.7μm，D90的粒徑優選控制在1.5～2.5μm。

所述步驟(5)中顆粒粒徑D50優選控制在15μm～25μm。

所述步驟(7)中，碳源可單獨采用蔗糖、聚乙烯醇或蔗糖與聚乙烯醇按質量比1∶1的混合物。

所述步驟(8)中，去離子水加入量與物料量的質量比為1.5～3∶1。

所述步驟(9)中，二次細磨后D50粒徑優選控制在1.5～3.5μm，D90的粒徑優選控制在6～12μm。

所述步驟(10)中，二次噴霧后物料碳含量優選控制在2.5wt％～3.5wt％。