[發明專利]一種磷酸鐵鋰的制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310598816.8
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116514091A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 吳彭森;閆明;王榮榮;豆君;任明明;王洋
• 申請（專利權）人: 河南佰利新能源材料有限公司;河南龍佰新能源材料技術有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王煥

本發明涉及電池正極材料領域，具體而言，涉及一種磷酸鐵鋰的制備方法和應用。所述磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟：(a)將亞鐵鹽溶液和磷酸鹽溶液混合后進行第一反應，得到第一混合體系；所述第一混合體系的pH為1～3；(b)向所述第一混合體系中加入所述亞鐵鹽溶液和堿液后進行第二反應，得到第二混合體系；所述第二混合體系進行固液分離、洗滌、干燥和富氧煅燒，得到前驅體；(c)將所述前驅體、鋰源、磷酸和碳源混合后進行第三反應，得到第三混合體系；所述第三混合體系進行球磨、噴霧干燥和焙燒，得到所述磷酸鐵鋰。該磷酸鐵鋰的制備方法，原料成本低，物料消耗率低，生產效率高，工藝簡單，可操作性高，制備的磷酸鐵鋰性能優異。

技術領域

本發明涉及電池正極材料領域，具體而言，涉及一種磷酸鐵鋰的制備方法和應用。

背景技術

自1997年Goodenough等人報道具有橄欖石結構的LiFePO₄可以用作鋰離子電池正極材料以后，由于其價格便宜、無污染、熱穩定性好的優點成為目前最具潛力的正極材料之一。

根據原料和制備工藝不同，產業化生磷酸鐵的工藝主要包括以下四種：

1.全濕法工藝：鋰源、鐵源、磷源分散在水中或其他溶劑中，通過水熱或溶劑熱過程，在相對較低的溫度和高壓下反應一步合成磷酸鐵鋰，再經后續處理制成。此法工藝簡潔，可制成納米磷酸鐵鋰；但廢液排放量大，需耐高壓設備，工業放大不易。

2.草酸亞鐵工藝：以草酸亞鐵(FeC₂O₄·2H₂O)為鐵源，與磷酸二氫銨或磷酸氫二銨、鋰鹽、碳源混合，在還原或惰性氣氛保護下經預分解、高溫焙燒制成磷酸鐵鋰。制備過程中有大量氨氣生成，污染環境，腐蝕設備，同時草酸亞鐵原料較貴。

3.氧化鐵紅工藝：以氧化鐵紅(Fe₂O₃)為鐵源，與磷酸二氫鋰(LiH₂PO₄)、碳源經濕法研磨混合，噴霧干燥，在還原或惰性氣氛保護下經高溫碳熱還原反應制成磷酸鐵鋰，該工藝比較環保，但磷酸二氫鋰原料較貴，且氧化鐵紅粒度控制不穩定，造成產品批次穩定性差。

4.磷酸鐵工藝：以磷酸鐵(FePO₄)為原料，與碳酸鋰(Li₂CO₃)、碳源均勻混合，在還原或惰性氣氛保護下經高溫碳熱還原反應制成磷酸鐵鋰。由于LiFePO₄材料充放電過程中是以LiFePO₄和FePO₄為最終兩相結構(二者的晶體結構基本一致，晶胞參數變化不大)，用磷酸鐵制得的磷酸鐵鋰材料通常性能較好。

采用磷酸鐵為基本原料來制備LiFePO₄時，磷酸鐵FePO₄的組成、結構和形貌特征將直接影響到最終產品的性能，但是目前制備滿足磷酸鐵鋰使用的電池級磷酸鐵工藝較為復雜，雜質控制較難，且工序較長，容易出現質量波動，最終使磷酸鐵鋰中雜質高，質量不穩定，影響了電池性能。因此，開發一種原料來源廣泛低廉，工藝控制簡單，產品性能優異的磷酸鐵鋰制備工藝是行業發展的方向。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的一個方面，涉及一種磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟：

(a)將亞鐵鹽溶液和磷酸鹽溶液混合后進行第一反應，得到第一混合體系；

所述第一混合體系的pH為1～3；

(b)向所述第一混合體系中加入所述亞鐵鹽溶液和堿液后進行第二反應，得到第二混合體系；所述第二混合體系進行固液分離、洗滌、干燥和富氧煅燒，得到前驅體；

(c)將所述前驅體、鋰源、磷酸和碳源混合后進行第三反應，得到第三混合體系；所述第三混合體系進行球磨、噴霧干燥和焙燒，得到所述磷酸鐵鋰。