[發明專利]一種納米摻雜磷酸鐵鋰的制備方法

在審

• 申請號: 202110559460.8
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113292058A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 曲冬雪;劉永東;黃亞軍;夏艷圓;韋江梅;高秋燕
• 申請（專利權）人: 衢州華友鈷新材料有限公司;浙江華友鈷業股份有限公司;華友新能源科技（衢州）有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;C01B25/45;H01M4/58;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 欽榮燕

本發明涉及新能源電池制備技術領域，特別涉及一種納米摻雜磷酸鐵鋰的制備方法。本發明以低成本磷化鐵為主要原材料，采用液相合成法，通過添加摻雜元素，增強了產品的電化學性能，具有較高充放電容量、良好倍率放電性能和良好循環性能。本發明制備得到的磷酸鐵鋰材料具有納米級尺寸，顆粒細小、均勻、純度高。納米磷酸鐵鋰材料0.1C充電容量為158mAh/g，0.1C充放電效率在95％以上。該制備方法工藝簡單、成本低、易于實現產業化。

技術領域

本發明涉及新能源電池制備技術領域，特別涉及一種納米摻雜磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術

隨著國家對鋰電新能源電池產業的大力扶持，全球鋰離子電池的市場規模正在成倍擴張。磷酸鐵鋰電池由于具有原材料來源廣泛、價格便宜、安全性能好且循環壽命長等優點，成為了新一代鋰離子電池的理想正極材料。2021年新建及改造的5G基站需求量將達到10GWh，這十分有助于磷酸鐵鋰電池在通信基站備用電源領域開辟新的應用市場。在動力汽車領域，由于安全性能好，磷酸鐵鋰電池在2020年占比約78％。同時，磷酸鐵鋰電池也大量應用于儲能領域。因此，降低磷酸鐵鋰生產成本對于整個磷酸鐵鋰電池產業鏈的成本降低具有重要意義。

目前，磷酸鐵鋰的生產方法主要包括高溫固相法和水熱合成法等。其中，高溫固相法是將一定計量比原料混合均勻，閃蒸干燥，研磨均勻，高溫燒結。高溫固相法的優點是工藝簡單、易實現產業化；缺點是合成蒸汽消耗量大、成本高、產品合成過程中不均勻。水熱合成法是合成產品均一性較好，可以生產出高倍率磷酸鐵鋰產品，但需要耐高溫高壓設備，設備投資大、運行成本高，產業化比較困難。

發明內容

本發明旨在解決上述問題，提供一種產品均一性好，具有較高充放電容量、良好倍率放電性能和良好循環性能，同時設備投資小、運行成本低，容易實現產業化的納米摻雜磷酸鐵鋰的制備方法。

為實現上述目的，本發明提供一種納米摻雜磷酸鐵鋰的制備方法，包括如下步驟：

一、磷鐵液制備：取磷化鐵粉，加入硝酸反應，然后加入絡合劑，并混合均勻，得到磷鐵液；

二、濕法合成：在反應釜內加入鋰化合物、磷鐵液、摻雜元素化合物，然后加入碳源進行攪拌反應，反應產物經破碎機進行粗破碎、粉碎，形成磷酸鐵鋰前驅體；

三、煅燒工段：將步驟二制備得到的前驅體產品在低溫氮氣氛圍中燒結10h～20h，在高溫氮氣氛圍中燒結10h～20h；低溫區溫度為400℃～600℃，高溫區溫度為500℃～900℃；

四、將步驟三得到的磷酸鐵鋰材料半成品加入粉碎設備進行粉碎得到納米級磷酸鐵鋰。

作為優選，所述步驟一中絡合劑指的是：檸檬酸銨、蘋果酸銨、酒石酸銨、草酸銨、水楊酸銨、琥珀酸銨、甘氨酸銨、乙二胺四乙酸銨中的一種或多種的組合。

作為優選，所述步驟二中鋰化合物指的是：偏磷酸鋰、檸檬酸鋰、磷酸二氫鋰、醋酸鋰、酒石酸鋰、磷酸鋰中的一種或多種的組合。

作為優選，所述步驟二中摻雜元素指的是：鎳、鎘、鉬、鎂、鈦、釩、錳、鋅、鈉化合物中的一種或多種的組合。

作為優選，所述步驟二中碳源指的是：瀝青、葡萄糖、蔗糖中的一種或多種的組合。

作為優選，所述步驟一中的磷化鐵粉的Fe:P＝1.6:1。

作為優選，所述步驟一中加入68％硝酸反應8h～14h，磷化鐵粉與68％硝酸的重量比為1:(1～4)。

作為優選，所述步驟一中絡合劑與磷化鐵粉的摩爾比為1:(0.01～10)。

作為優選，所述步驟二中按摩爾比Li:Fe:P:摻雜元素為(1～1.05):(1～1.05):(1～1.05):(0～0.05)的比例混合。