[發(fā)明專利]一種摻雜納米二氧化鈦的磷酸鐵的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108083330B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣央芳
• 申請（專利權(quán)）人: 蔣央芳
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;C01B25/37;B82Y30/00;H01M4/58
• 代理公司: 溫州市品創(chuàng)專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙) 33247
• 代理人: 程春生

本發(fā)明公開了一種摻雜納米二氧化鈦的磷酸鐵的制備方法。將鐵粉與四氯化鈦液體加入鹽酸，然后加入氧化劑使得溶液中亞鐵離子與三價(jià)鐵離子的摩爾比為1:2，然后以噴霧的方式加入到高溫密封爐內(nèi)，在溫度為700?800℃下反應(yīng)，然后通過抽風(fēng)機(jī)抽出，冷卻后收集得到摻雜納米二氧化鈦的四氧化三鐵固體顆粒，然后加入磷酸溶液中反應(yīng)至黑色完全消失后，然后過濾、洗滌和烘干，經(jīng)過電磁分選后過篩得到摻雜納米二氧化鈦的磷酸鐵。本發(fā)明的納米二氧化鈦在磷酸鐵中的分布均勻，且得到的磷酸鐵和納米二氧化鈦的的一次粒徑均為30nm左右，二次粒徑為400?600微米，每噸產(chǎn)品產(chǎn)生的廢水小于10噸，且廢水中不含有氨氮，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摻雜納米二氧化鈦的磷酸鐵的制備方法，屬于鋰電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)今時(shí)代，為緩解全球能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)以及擺脫金融危機(jī)，歐美發(fā)達(dá)國家、日本以及中國都將技術(shù)創(chuàng)新的焦點(diǎn)集中于新能源產(chǎn)業(yè)。在尋找新能源的過程中，鋰離子電池作為新一代的清潔環(huán)保能源越來越受到重視。

對于鋰離子電池來說，正負(fù)極材料是決定其電化學(xué)性能、安全性能以及價(jià)格成本的關(guān)鍵因素。納米二氧化鈦其具有嵌鋰容量大，毒性小且能耗低，穩(wěn)定性好、比容量大、循環(huán)穩(wěn)定性好，沒副反應(yīng)，高環(huán)保等特性。因而被廣泛應(yīng)用于磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰等正負(fù)極材料中。

作為橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰，具有比容量高(170(mA·h)/g)、循環(huán)性能好、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為最有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料之一。然而一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Γ岁P(guān)注其優(yōu)點(diǎn)外，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷或有沒有改善的方法：

1.導(dǎo)電性差：摻雜納米二氧化鈦(VK-T30D)后，膜阻抗和電荷傳遞阻抗都比未摻雜的LiFePO₄要小很多，可以減少LiFePO₄在充放電循環(huán)過程中的電化學(xué)阻抗,有利于提高材料的電化學(xué)性能。

2.振實(shí)密度低，低溫性能差：將其表面包覆納米二氧化鈦，使LiFePO₄的低溫性能有所提升。

3.在磷酸鐵鋰制備時(shí)的燒結(jié)過程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性：在LiFePO₄里摻雜納米二氧化鈦之后，在充放電過程中LiFePO₄與納米二氧化鈦接觸的界面結(jié)構(gòu)將會發(fā)生重排，從而減少氧缺陷的形成，相應(yīng)的提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.鋰離子擴(kuò)散速度慢：純LiFePO₄正極材料的室溫電導(dǎo)率低、Li⁺擴(kuò)散系數(shù)小,難以實(shí)用化。摻雜或包覆納米二氧化鈦，減小顆粒，改變形貌，可較大程度地縮短Li⁺的擴(kuò)散路徑，提高Li⁺的擴(kuò)散速度。

目前常規(guī)的摻雜納米二氧化鈦主要分為兩種，一種是機(jī)械摻雜，將納米二氧化鈦與磷酸鐵進(jìn)行機(jī)械摻雜，由于納米二氧化鈦的摻雜量很少，一般低于1％，所以導(dǎo)致?lián)诫s很難均勻。第二種是采用共沉淀的方式實(shí)現(xiàn)摻雜，但是由于鈦為四價(jià)，其沉淀的pH遠(yuǎn)低于鐵離子，導(dǎo)致鈦的偏析。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種摻雜納米二氧化鈦的磷酸鐵的制備方法，納米二氧化鈦在磷酸鐵中的分布均勻，且得到的磷酸鐵和納米二氧化鈦的的一次粒徑均為30nm左右，二次粒徑為400-600微米，每噸產(chǎn)品產(chǎn)生的廢水小于10噸，且廢水中不含有氨氮，成本低。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：

本發(fā)明的一種摻雜納米二氧化鈦的磷酸鐵的制備方法，其為以下步驟：

(1)將鐵粉與四氯化鈦液體加入到5-6mol/L的鹽酸溶液中，維持溫度為30-40℃反應(yīng)，待鐵粉溶解完全后過濾，得到氯化亞鐵與四氯化鈦的混合溶液，然后加入氧化劑使得溶液中亞鐵離子與三價(jià)鐵離子的摩爾比為1:2；