[發明專利]一種低成本磷酸鐵鋰復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010060737.8
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111170294A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 丁建民
• 申請（專利權）人: 江蘇樂能電池股份有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;C01B32/05;C01G45/12;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62
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本發明公開了一種低成本磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，是將鋰源、磷源、鐵源、錳源添加到有機碳源混合后，進行鈦摻雜和碳包覆，之后在微波加熱合成摻雜有錳酸鋰的磷酸鐵鋰復合材料前驅體，再采用氣體表面改性降低其復合材料的活性點，提高其材料的首次效率。本發明其制備出的磷酸鐵鋰復合材料，由于采用微波加熱降低能耗、提高效率，碳源為瀝青類材料具有成本低、來源廣泛等優點，同時摻雜有低成本的錳酸鋰一方面提高電池的電壓平臺提高能量密度，另一方面，成本較低的錳酸鋰會降低材料的成本。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，具體地說是一種低成本磷酸鐵鋰復合材料及其制備過程。

背景技術

磷酸鐵鋰電池以其成本低、安全性能高、材料來源廣泛、循環壽命長等優點而廣泛應用于客車、儲能等領域。目前磷酸鐵鋰制備主要采用磷酸鐵或氧化鐵和鋰源進行混合制成，并添加到葡萄糖等有機碳源中進行碳包覆，并在惰性氣氛下進行高溫燒結，其存在燒結周期長耗電量大、碳源成本高，同時國際市場鋰鹽價格穩定，透明，造成其磷酸鐵鋰價格難以有明顯降低，如何有效降低磷酸鐵鋰的成本成為未來動力電池提升市場競爭力的關鍵因素。而錳酸鋰材料具有價格低廉、市場穩定、電壓平臺高、但是其循環性能偏差，如與長壽命磷酸鐵鋰混合或合成，一方面可以發揮其磷酸鐵鋰長壽命的特性，另一方面發揮其錳酸鋰價格低、能量密度高的特性，并發揮其兩者間的協同效應，提高其能量密度、降低成本并兼顧電池的能量密度，同時采用，微波合成法提高合成效率，降低能耗，則可以從多方面降低其磷酸鐵鋰的綜合成本。

發明內容

為降低其磷酸鐵鋰的成本，本發明通過在磷酸鐵鋰中摻雜價格便宜的錳酸鋰，采用低成本的瀝青碳源，并利用其微波合成技術提升效率降低能耗，降低其磷酸鐵鋰成本。

本發明的技術方案是通過以下方式實現的：一種低成本磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，其特征在于，以質量計，包括以下步驟：

1）、制備前驅體材料A；將2.4-11.1g鋰源，11.5-13.2g磷源，19.0g鐵源,1.73-8.65g錳源添加到500ml去離子水，并通過球磨機混合均勻后，噴霧干燥得到前驅體材料A；

其中，所述的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種；

磷源為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨中的一種或多種的混合物；

鐵源為醋酸鐵；錳源為醋酸錳；

摩爾比，鋰源：磷源：鐵源：錳源=（1～2）：1:1：（0.1～0.6）；

2）、制備前驅體材料B；將100g前驅體材料A、1-5g分散劑、1-5g添加劑添加到200-300ml、濃度為0.5-2%的包覆劑溶液中混合均勻后，球磨，并在微波條件下進行加熱：功率2000W，時間30min，得到前驅體材料B；

其中，包覆劑為改性瀝青類材料；

分散劑為烷基苯磺酸鈣，聚乙烯吡咯烷酮中的一種；

添加劑為鈦酸四丁酯、二異丙氧基二氯化鈦，2-乙基己基氧化鈦中的一種；

3） 、將前驅體材料B轉移到管式爐中，并通入混合氣體對其進行表面改性，最后得到磷酸鐵鋰復合材料。

混合氣體為惰性氣體和氫氣的混合氣，體積比（1～10）：1；

所述的改性類瀝青材料為：將低溫瀝青粉碎后，添加碳酸鈉造孔劑、對苯二甲醛交聯劑、三氯化鐵氧化劑混合均勻后，升溫到（200～350）℃，之后通入氨氣進行氮化，最后得到含氮的交聯瀝青。

所述的質量比，低溫瀝青：碳酸鈉：對苯二甲醛：三氯化鐵=100:（0.5～2）:（2～6）:（1～5）。