[發明專利]磷酸鐵鋰及其制備方法

有效

• 申請號: 202010136005.2
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111422851B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 孔令涌;徐榮益;李意能
• 申請（專利權）人: 曲靖市德方納米科技有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;B82Y40/00;H01M4/58
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 黃志云

本發明屬于電池材料的合成技術領域，具體涉及一種磷酸鐵鋰及其制備方法。本發明通過將含磷酸根離子的溶液與鐵源和氧化劑進行反應得到可溶性的非晶態磷酸鐵，再經液相法合成得到磷酸鐵鋰。本發明磷酸鐵鋰的制備方法能耗低、生產成本低、步驟簡單，所得磷酸鐵鋰具有壓實密度高、電化學性能好的優點。

技術領域

本發明屬于電池材料的合成技術領域，具體涉及一種磷酸鐵鋰及其制備方法。

背景技術

磷酸鐵鋰作為鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的材料，其合成方法決定了所得鋰離子電池的品質。由于磷酸鐵具有與磷酸鐵鋰相似的結構而成為最常用的原料或前驅體，其制備的磷酸鐵鋰具有電化學性能好、壓實密度高、一致性好等特點。

目前用于制備磷酸鐵鋰的磷酸鐵均為磷酸鹽與鐵鹽反應，再經高溫煅燒得到磷酸鐵晶體而得，其制備過程所需能耗高，且對環境處理成本高，所以亟需一種新的、能耗低、對環境友好的磷酸鐵制備方法。

磷酸鐵鋰正極材料的常見制備方法包括高溫固相法、機械化學法和微波法。其中，高溫固相法是將亞鐵鹽、磷酸鹽、鋰鹽為原料，按照磷酸鐵鋰分子式的原子比進行配料，在保護氣氛中加熱反應得到磷酸鐵鋰粉體材料，該方法對設備要求高、制備過程繁瑣，由于混合均勻程度有限，制備磷酸鐵鋰一致性較差，容易產生雜相，所得磷酸鐵鋰材料的性能受影響。機械化學法是通過機械力的作用使顆粒破碎，增大反應物的接觸面積，獲得破碎且緊密的粉末混合體，再經固相反應得到磷酸鐵鋰材料，該方法所得磷酸鐵鋰的物相不均勻，粒度分布較寬。微波法是以各鹽按照磷酸鐵鋰的分子式原子比進行配料，以微波加熱合成磷酸鐵鋰，該方法加熱時間短，加熱均勻，但是無法實現大規模生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種磷酸鐵鋰及其制備方法，旨在解決現有磷酸鐵鋰合成時存在的成本高、步驟繁瑣，合成所得磷酸鐵鋰易產生雜相等技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面提供了一種磷酸鐵鋰的制備方法，包括如下步驟：

含磷酸根離子的溶液與鐵源、氧化劑進行反應，經固液分離，得到非晶態磷酸鐵；

將所述非晶態磷酸鐵與鋰源、碳源在溶液中進行反應，得到磷酸鐵鋰前驅體；

所述磷酸鐵鋰前驅體經燒結，得到磷酸鐵鋰。

作為本發明的一種優選技術方案，所述含磷酸根離子的溶液的pH值為4.0-4.5。

作為本發明的一種優選技術方案，所述磷酸根離子與所述鐵源中的鐵原子或鐵離子之間的摩爾比為1:1。

作為本發明的一種優選技術方案，含磷酸根離子的溶液與鐵源、氧化劑進行反應的步驟中，所述反應的溫度為60℃-90℃。

作為本發明的一種優選技術方案，含磷酸根離子的溶液與鐵源、氧化劑進行反應的步驟中，所述反應的時間為2h-3h。

作為本發明的一種優選技術方案，將所述非晶態磷酸鐵與鋰源、碳源在溶液中進行反應的步驟中，所述溶液為酸性溶液。

作為本發明的進一步優選技術方案，將所述非晶態磷酸鐵與鋰源、碳源在溶液中進行反應的步驟中，所述溶液為酸性溶液，所述酸性溶液選自選自磷酸溶液、硝酸溶液、鹽酸溶液、草酸溶液中的至少一種。

作為本發明的一種優選技術方案，所述鐵源選自鐵鹽、鐵氧化物中的至少一種。

作為本發明的一種優選技術方案，所述氧化劑選自雙氧水、氧氣、臭氧、次氯酸鈉、過氧化鈉中的至少一種。

作為本發明的一種優選技術方案，將所述非晶態磷酸鐵與鋰源、碳源在溶液中進行反應的步驟中，所述非晶態磷酸鐵、所述鋰源、所述碳源之間的摩爾比為(0.95-1.05):(0.95-1.05):(0.01-0.02)。