[發明專利]一種爆炸-自蔓燃法聯用復合離子摻雜的磷酸鐵鋰材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010861837.0
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111943159A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 盤茂森;葛雅莉;曹更玉;嚴丹林;李翔;林澤鋒;林博濠;盧明炬
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 童海霓

本發明公開了一種爆炸?自蔓燃法聯用復合離子摻雜的磷酸鐵鋰材料的制備方法，包括以下步驟：S1、前驅體混合溶液配制：將可溶性鋰源、九水硝酸鐵、可溶性磷源、可溶性氟化物進行混合，得到混合均勻的前驅體粉末；S2、爆炸?自蔓燃處理：將氧化鐵粉末、釩金屬粉末、鋁金屬粉末、前驅體粉末進行混合均勻得到混合粉末，加入C₃H₆O₆N₆.粉末、PAN粉末，充分混合后在爆炸容器中進行引爆處理，進而引發體系的自蔓燃反應；S3、球磨處理：球磨處理：收集步驟S2的爆炸?自蔓燃處理產物高速球磨，分離磨球，即可得到最終的產品。本發明的制備方法具有反應速度快、活性成分含量高、電導率高和工藝簡單的特點。

技術領域

本發明涉及磷酸鐵鋰材料技術領域，具體是指一種爆炸-自蔓燃法聯用復合離子摻雜的磷酸鐵鋰材料的制備方法。

背景技術

自1997年J.B.Goodnough[J.Electrochem.Soc.，144(1997)1188]研究組率先合成了橄欖石型LiFePO4并將其用作鋰離子電池正極材料以來，LiFePO₄因其結構穩定、比容量高、循環壽命長、制造成本低廉、安全性能好以及對環境友好等優點而被認為是未來理想的鋰離子動力電池正極材料。

然而，LiFePO₄較低的電子導電率和離子傳導速率極大地限制了其在鋰離子動力電池領域的實際應用。目前主要提高導電率的改性方法有添加導電劑、粒徑控制、 離子摻雜等。

陰陽離子同時摻雜是磷酸鐵鋰改性研究的方向之一，中國發明專利102583300A公開一種氟、釩離子共摻雜的磷酸鐵鋰材料及其制備方法。為了進一步提升共摻雜后磷酸鐵鋰材料的性能，中國發明專利CN110950315A對該方法進行改進，用鋁熱法制備得到氟、釩離子共摻雜的磷酸鐵鋰材料，具有能耗低、包覆均勻、導電率高和操作方便的特點。

但是，在實際控制過程中，該方法存在以下限制：如為了保證反應完全，需要加入大量的鋁熱劑（氧化鐵粉末、釩金屬粉末、鋁金屬粉末）；如鋁熱反應的引燃難度較大；如氟離子會在鋁熱反應過程中揮發，需要在低溫燒結過程中進行二次補氟。

發明內容

本發明的目的是提供一種爆炸-自蔓燃法聯用復合離子摻雜的磷酸鐵鋰材料的制備方法，具有反應速度快、活性成分含量高、電導率高和工藝簡單的特點。

本發明可以通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種爆炸-自蔓燃法聯用復合離子摻雜的磷酸鐵鋰材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、前驅體混合溶液配制：將可溶性鋰源、九水硝酸鐵、可溶性磷源、可溶性氟化物按離子的摩爾比 Li⁺ ∶Fe³⁺ _1-y-2z∶ PO₄^3-∶F^-＝0.97～1.05∶1∶1-x∶3x進行混合，得到混合均勻的前驅體粉末；

S2、爆炸-自蔓燃處理：將氧化鐵粉末、釩金屬粉末、鋁金屬粉末按照z:y：2z的摩爾比加入（1-y-2z）摩爾配比九水硝酸鐵對應的前驅體粉末進行混合均勻得到混合粉末，加入質量配比為混合粉末10～15%的C₃H₆O₆N₆.粉末、3～5%的PAN粉末，充分混合后在爆炸容器中進行引爆處理，進而引發體系的自蔓燃反應；

S3、球磨處理：球磨處理：收集步驟S2的爆炸-自蔓燃處理產物轉移到球磨罐中，干法高速球磨混合2～8小時，分離磨球，即可得到最終的產品;

其中，0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.2，0.01≤z≤0.02。

進一步地，PAN粉末中混合有3～5%硼酸。。