[發明專利]一種高壓實磷酸鐵顆粒的制備方法

在審

• 申請號: 202010061820.7
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111268663A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 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: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明涉及一種高壓實磷酸鐵顆粒的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料制備領域，其特征是將含一定量氧化劑的磷源溶液以一定進料速率噴灑至含二價鐵離子的鐵源溶液反應器中，保持鐵源過量，控制氧化劑含量及體系濃度、攪拌速度、反應時間和體系溫度，生成含磷酸鐵的混合液，經過濾、洗滌、在特定的溫度脫水干燥，再通過氣流粉碎得到一定粒徑分布的磷酸鐵粉末。本發明方法成本低、簡便易操作、效率高，制得的磷酸鐵為納米至微米級顆粒，且呈一定粒度分布，使用該前驅體磷酸鐵燒結得到的磷酸鐵鋰正極材料，其壓實密度可達2.5g/cm³，可滿足高能量密度的磷酸鐵鋰正極材料需求。

技術領域

本發明涉及一種高壓實磷酸鐵的制備方法，該磷酸鐵是制備高功率、高能量密度動力型鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰優良的前軀體材料。

背景技術

20世紀以來發現磷酸鐵具有獨特的催化特性、離子交換能力和電化學性能，可作為新型電池正極材料，是制備鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的優良原料。相對于三元正極材料，磷酸鐵由于其振實密度低，所制備的電芯極片壓實密度低，限制了其能量密度，導致磷酸鐵鋰產業一度被三元材料正極材料壓制。但是磷酸鐵鋰由于其成本低，更加環保，安全性能高，是鋰離子電池正極材料的理想材料，而且目前乘用車的安全性能被逐漸重視，磷酸鐵鋰的市場占比也越來越高，如果能解決其低壓實的問題，磷酸鐵鋰正極材料的能量密度可得到進一步提升。

磷酸鐵鋰材料的壓實密度受燒結溫度、粉碎粒徑和前驅體的影響，其中燒結溫度和粉碎粒徑對其壓實密度的提升空間有限，通過提升前驅體的壓實密度來提升磷酸鐵鋰材料的壓實是最有效和效果最顯著的方法。

發明內容

針對以上問題，本發明的目的在于提供一種高壓實磷酸鐵顆粒的制備方法，其磷酸鐵的壓實密度通過控制合成條件，控制高溫脫水環節晶體的生長，同時氣流粉碎使其呈現一定的粒徑分布，從而提高材料的壓實密度。

本發明的技術方案是通過以下方式實現的：一種高壓實磷酸鐵顆粒的制備方法，包括以下步驟：

1）制備含有雙氧水的磷源溶液和二價鐵源溶液；所述的含有雙氧水的磷源溶液為含磷酸根離子溶液，由磷酸或可溶性磷酸鹽加雙氧水制成；所述的含二價鐵源溶液，由水溶性二價鐵鹽制成；

2）制備磷酸鐵粉末：含一定量雙氧水的磷源溶液以一定進料速率噴灑至含二價鐵離子的鐵源溶液反應器中，控制雙氧水含量、攪拌速度、反應時間和體系溫度，生成納米至微米級別的磷酸鐵混合液，經過濾、洗滌、干燥后得到磷酸鐵粉末；其中雙氧水的量根據化學反應計量比得到，保持鐵源過量，控制反應程度，實現對磷酸鐵顆粒大小的控制，反應時間和體系溫度保證磷酸鐵顆粒的生長和對顆粒大小的控制，再經過高溫脫水干燥，使用氣流粉碎制備得到一定粒徑分布的磷酸鐵。

所述含有雙氧水的磷源溶液中磷酸根離子的濃度為0.5-2.0mol/L；雙氧水為工業級或分析純級別的雙氧水；所述的可溶性磷酸鹽是磷酸銨、磷酸一氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鈉、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸一氫鉀或磷酸二氫鉀中的一種或多種。

所述二價鐵離子濃度為0.5-2.0mol/L；所述的水溶性二價鐵鹽是硝酸亞鐵、氯化亞鐵或硫酸亞鐵中的一種或多種。

所述的反應溫度控制在60-90℃之間，反應時間為30min-5h之間；所述的攪拌速度為100rpm-1000rpm之間。

所述的烘料脫水溫度為500-900℃，所述氣流粉碎的D50在5-20μm之間。

本發明所制備的磷酸鐵為納米至微米級顆粒，且粒徑呈一定粒徑分布，使用該前驅體磷酸鐵燒結得到的磷酸鐵鋰正極材料，其壓實密度可達2.5g/cm³，可滿足高能量密度的磷酸鐵鋰正極材料需求。該磷酸鐵是制備高功率動力型、高能量密度鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰優良的前軀體材料，滿足大巴、BEV和儲能等領域。

說明書附圖