[發明專利]一種多離子共摻雜的磷酸鐵鋰材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510546919.5
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105152155A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 徐德生
• 申請（專利權）人: 無錫市嘉邦電力管道廠
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;C01B25/26;H01M4/58;H01G11/50
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

1.一種多離子共摻雜的磷酸鐵鋰材料，其特征在于，該多離子共摻雜的磷酸鐵鋰材料化學通式為Li_1-zM_zFe_1-yV_y(PO₄)_1-xF_x/C，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y≤0.1，0.001≤z≤0.1，M為在鋰位摻雜的金屬離子。

2.如權利要求1所述的多離子共摻雜的磷酸鐵鋰材料，其特征在于，所述M與F來自氟化物MFn，其中n為1、2、3或4。

3.如權利要求1或2所述多離子共摻雜磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)制備含結晶水的摻雜釩離子的磷酸鐵Fe_1-yV_yPO₄·2H₂O；

(2)將步驟(1)中制備得到的含結晶水的摻雜釩離子的磷酸鐵進行熱處理，然后自然冷卻得到不含結晶水的摻雜釩的磷酸鐵Fe_1-yV_yPO₄；

(3)將鋰源、磷酸鐵Fe_1-yV_yPO₄與氟化物MFn按結構式Li_1-zM_zFe_1-yV_y(PO₄)_1-xF_x/C，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y≤0.1，0.001≤z≤0.1，進行稱量，加入碳源和球磨介質，采用液相球磨混合均勻，置于氮氣或氬氣氣氛中，升溫至250～450℃進行預燒結，保溫2～14小時，升溫至450～800℃進行煅燒，保溫12～30小時；冷卻至室溫，研磨，即得氟、釩離子共摻雜的磷酸鐵鋰材料。

4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)制備含結晶水的摻雜釩離子的磷酸鐵Fe_1-yV_yPO₄·2H₂O的步驟為：

按摩爾比(1-y)：y，其中0.001≤y≤0.1稱取可溶性鐵鹽和釩化物，加入去離子水，配置成濃度為0.05～0.1mol/L的混合溶液A；

配置濃度0.05～5mol/L的磷酸鹽溶液B；

配置濃度為0.5～10mol/L的氨水溶液；

將混合溶液A和磷酸鹽溶液B泵入反應釜中進行反應，并用氨水調節pH為2～3；反應完成后進行過濾、干燥得到含結晶水的摻雜釩的磷酸鐵Fe_1-yV_yPO₄·2H₂O；

優選地，所述的可溶性鐵鹽為草酸亞鐵、醋酸亞鐵、三氧化二鐵、磷酸鐵、硝酸鐵和檸檬酸鐵中的一種或多種；

優選地，所述的釩化物為五氧化二釩和/或釩酸銨；

優選地，將混合溶液A和磷酸鹽溶液B泵入反應釜中進行反應的反應溫度為40～95℃，反應時間為0.5～3h，反應的攪拌速度為800～2500rpm。

5.如權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中熱處理的溫度為300～500℃，保溫時間為5～10h。

6.如權利要求3-5之一所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的鋰源為碳酸鋰、草酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰和氟化鋰中的一種或多種；

優選地，所述的碳源為可溶性淀粉、葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、乙炔黑和炭黑中的一種或多種；

優選地，所述碳源的加入量為原料總質量的15～20％；

優選地，所述的球磨介質為去離子水、無水乙醇、丙酮或工業酒精；

優選地，所述的球磨介質的加入量為鋰源、磷酸鐵Fe_1-yV_yPO₄、氟化物MFn和碳源總質量的100～300％。

7.如權利要求3-6之一所述的制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述液相球磨的混合時間為4～10小時。