[發(fā)明專利]一種采用菱鐵礦制備高密度磷酸鐵鋰的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711070611.3
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107863530B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷亦杰;秦文娟;陳蘊(yùn)博;劉成全;王海峰;劉洪權(quán);陳林;王萌
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;C01B25/37;C01B25/45;C01B25/26
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發(fā)明公開了一種利用菱鐵礦制備高密度磷酸鐵鋰的方法，它首先在菱鐵礦中直接加入磷酸得到鐵的溶液，鐵的溶液與高分子共聚物P(DMDAAC?AM)混合，在混合溶液中加入雙氧水充分反應(yīng)得磷酸鐵鋰前驅(qū)體二水磷酸鐵，二水磷酸鐵再與碳酸鋰和葡萄糖混合燒結(jié)后得到磷酸鐵鋰。本發(fā)明利用的原料是菱鐵礦，菱鐵礦是一種分布比較廣泛的礦物，可以作為鐵礦石來提煉鐵，用菱鐵礦直接合成前驅(qū)體二水磷酸鐵，不但省去了鐵礦石提煉鐵的耗能步驟，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池正極材料從自然界直接獲得的目的，而且菱鐵礦相對于鐵粉來說更容易與磷酸反應(yīng)，提高了反應(yīng)的可行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，尤其是利用菱鐵礦制備鋰離子子電池正極材料的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一，而作為鋰離子電池正極材料的磷酸鐵鋰合成方法是發(fā)展中的重中之重。目前利用菱鐵礦合成磷酸鐵鋰電池的方法是，先將菱鐵礦采用硫酸、鹽酸或硝酸溶解后加入氧化劑和磷酸或磷酸鹽反應(yīng)生成鋰離子電池正極材料前驅(qū)體磷酸鐵，磷酸鐵再與碳酸鋰和C燒結(jié)合成磷酸鐵鋰。比如：

中國專利申請?zhí)?01210591476.8公開了一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰前驅(qū)體的制備方法，先將菱鐵礦采用硫酸或鹽酸浸出并調(diào)整溶液濃度，然后加入雙氧水或臭氧氧化劑以及沉淀劑，通過控制合成條件使菱鐵礦中對磷酸鐵鋰電化學(xué)性能有益的元素選擇性地進(jìn)入沉淀，干燥后即得磷酸鐵鋰前驅(qū)體。

中國專利申請?zhí)?00810031119.3公開了一種綜合利用鈦鐵礦制備磷酸鐵鋰前驅(qū)體的方法：將鈦鐵礦用酸浸出，過濾得濾液，在濾液中溶解一定量的其它鐵源，使得混合溶液中Fe的濃度為0.01-3mol/L，Ti與Fe的摩爾比為0.0005-0.5；向混合溶液中加入適量的氧化劑，用堿的水溶液調(diào)節(jié)體系的pH＝1.5-6.0，使得部分鐵和某些雜質(zhì)離子共沉淀，過濾，得到濾液；向?yàn)V液中加入沉淀劑(0.01-6mol/L)，并用堿的水溶液調(diào)節(jié)體系的pH＝4.0-14.0，在10-90℃的攪拌反應(yīng)器中反應(yīng)10min-24h，過濾、洗滌，將沉淀于50-150℃下烘干后在空氣中300-800℃下煅燒1-24h即得鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的前驅(qū)體—摻雜型金屬元素的三氧化二鐵。

上述兩個(gè)文獻(xiàn)記載的方法制備的磷酸鐵鋰雖然電化學(xué)性能好，但是還存在以下缺陷，一是由于需要加入酸將菱鐵礦中的鐵浸出，所以工藝過程長，合成效率低；二是由于加入了硫酸、鹽酸或硝酸，引入了影響電池性能的雜質(zhì)元素SO₄^2-、CL^-和NO₃^-等。

目前有不加入硫酸、鹽酸或硝酸，直接用鐵鹽、鋰鹽和磷酸，在水熱條件下合成磷酸鐵鋰的，比如中國專利申請?zhí)?01110045252.2公開了一種大幅度提高低溫水熱合成鋰離子電池正極材料LiFePO₄具備優(yōu)異電化學(xué)性能的方法，它通過鋰鹽、鐵鹽以及磷酸按照一定的添加順序以及配比，在水中制備出漿狀前軀體，隨后加入一定量的有機(jī)溶劑，再在水熱條件下制備出具有優(yōu)良電化學(xué)性能的納米LiFePO₄正極材料。該專利原料使用可溶性鐵鹽，可溶性鐵鹽的制取耗費(fèi)了大量的能源，增加了反應(yīng)步驟。

另外，蓄電池的容量是衡量蓄電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，由于現(xiàn)有合成的磷酸鐵鋰顆粒小，導(dǎo)致振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致磷酸鐵鋰電池的能量密度較低。