[發(fā)明專(zhuān)利]一步水熱法制備微顆粒碳包覆型磷酸鐵鋰的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710631188.3
• 申請(qǐng)日: 2015-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107317018B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 日照軒宜信息科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 上海宣宜專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 31288
• 代理人: 許崇峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種一步水熱法制備微顆粒碳包覆型磷酸鐵鋰的方法，屬于鋰離子二次電池正極材料領(lǐng)域，本發(fā)明提供一種解決傳統(tǒng)碳包覆工藝復(fù)雜，碳包覆層不均勻，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)物電化學(xué)性能不穩(wěn)定等缺陷的制備方法；其特征在于：水熱合成過(guò)程中完成碳的包覆，氫氧化鋰淀粉糊混合液與磷酸反應(yīng)生成磷酸鋰懸濁液，生成的磷酸鋰懸濁液與亞鐵鹽溶液混合，惰性氣氛下在高溫反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度與時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾、洗滌、干燥、篩分得到碳包覆型磷酸鐵鋰。與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、碳包覆型磷酸鐵鋰粒度分布均與、碳包覆層厚度均勻、電化學(xué)性能良好的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《一步水熱法制備碳包覆型磷酸鐵鋰的方法》(申請(qǐng)?zhí)枺?015106127994)的分案申請(qǐng)，涉及一種鋰離子二次電池正極材料領(lǐng)域，特別是一種磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰電池具有無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是最新一代動(dòng)力鋰離子電池的最理想的正極材料。但磷酸鐵鋰材料存在電子與離子傳導(dǎo)率低等明顯缺點(diǎn)，在一定程度上限制了該材料的商業(yè)化發(fā)展。

為了提高磷酸鐵鋰的電子電導(dǎo)率、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，其中一種方法是減少顆粒尺寸，減少Li離子在顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散路徑。但是由于現(xiàn)有磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝多為高溫固相法，難以制備得到納米級(jí)的磷酸鐵鋰。而水熱法是制備納米級(jí)磷酸鐵鋰的有效途徑，并且水熱法制備磷酸鐵鋰具有操作簡(jiǎn)單、物相均勻、顆粒尺寸均一、結(jié)晶性好的優(yōu)點(diǎn)，改善了材料的放電性能。

水熱法雖然可得到結(jié)晶性良好的磷酸鐵鋰，但是由于沒(méi)有碳包覆，影響材料的電性能。而目前，采用現(xiàn)有的水熱法制備碳包覆型磷酸鐵鋰，必須通過(guò)兩步或者多步工藝才能制備。通用的工藝步驟大致如專(zhuān)利《一維納米結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的水熱合成法》(申請(qǐng)?zhí)枺?01010031395.3)中所示：第一步，分別加入氫氧化鋰溶液和磷酸，再以一定的速度勻速加入鐵源溶液，其中加入物質(zhì)的配比為摩爾比Li∶Fe∶P＝3.0∶1.0∶1.0～1.15，攪拌10～30分鐘后，加入pH值調(diào)節(jié)劑，使反應(yīng)體系的初始pH值為6.5～8.0，然后，于140～180℃反應(yīng)60～480分鐘；生成物過(guò)濾、洗滌和干燥得到無(wú)碳型磷酸鐵鋰；第二步，第一步產(chǎn)物在與葡萄糖按一定比例混合后，700℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下制備得到碳包覆磷酸鐵鋰。

上述工藝雖然得到了包碳型磷酸鐵鋰，但仍存在以下技術(shù)問(wèn)題：①現(xiàn)有技術(shù)中第二步的高溫?zé)Y(jié)主要作用只是進(jìn)行碳包覆，這增加生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率，不利于水熱法制備碳包覆型磷酸鐵鋰的工藝的推廣；②碳包覆中無(wú)碳磷酸鐵鋰與碳源球磨混合過(guò)程中，會(huì)造成磷酸鐵鋰表面結(jié)構(gòu)的破壞，影響材料的電性能，碳源也無(wú)法均勻的包覆在顆粒的表面，也會(huì)影響材料的電性能；③在制備磷酸鐵鋰的過(guò)程中需要控制生成磷酸鐵鋰顆粒的大小，現(xiàn)有方法中在提高磷酸鐵鋰材料的電性能上通常采用調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和添加表面活性劑來(lái)控制磷酸鐵鋰顆粒的大小；這樣，不僅增加了工藝流程，而且增大了操作難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種步驟簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的一步水熱法制備微顆粒碳包覆型磷酸鐵鋰的方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種一步法制備碳包覆型磷酸鐵鋰的方法，包括以下步驟：

(1)秤取3.1摩爾的LiOH溶解在去離子水中配成1.0mol/L的溶液，40℃下加入100g預(yù)糊化淀粉，攪拌至完全溶解形成淀粉糊；

(2)向步驟(1)所得的混合液加入磷酸溶液，磷酸與LiOH反應(yīng)，生成Li₃PO₄懸濁液，將Li₃PO₄懸濁液在200Hz頻率下超聲混勻，將超聲混勻后的Li₃PO₄懸濁液加入到反應(yīng)釜中，密封反應(yīng)釜，使用惰性氣體通過(guò)進(jìn)氣閥吹掃反應(yīng)釜，排出內(nèi)部空氣，其中Li與P的摩爾比為3.0～3.3:1；