[发明专利]磷酸亚铁锂的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种化工原料的制备方法，尤其是磷酸亚铁锂的制备方法，属于化工原料制备领域。

背景技术

目前，直接合成磷酸亚铁锂的方法主要有高温固相反应法、水热法；按照前驱体制备工序分还有溶胶凝胶法、共沉淀法、机械化学活化法等。以上方法存在以下缺点，阻碍了它的实际应用：(1)合成中的Fe²⁺易氧化成Fe³⁺，不易得到单相的LiFePO₄；(2)锂离子在LiFePO₄中扩散困难，导致活性材料的利用率低；(3)LiFePO₄本身的电导率也很低，导致它大电流放电性能差。

发明内容

针对上述方法存在的不足，本发明提供一种高能量密度、可大电流放电的磷酸亚铁锂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

磷酸亚铁锂的制备方法，包括以下步骤：

A.将三价铁源、磷源、锂源、掺杂元素化学物、碳源按摩尔用量比例0.5～1∶1∶0.5～1∶0～1∶0.05～0.1均匀混合于2倍体积的分散剂中；

B.将上述混合物放入球磨容器中，球磨1～8小时，

C.球磨产物置于非氧化性气氛中于200～300℃烘5～10小时，自然冷却；

D.然后研磨，得到磷酸亚铁锂前躯体；

E.将此前躯体置于高温炉中，在还原性气氛中，以15～40℃/min加热速率升温，在500～900℃恒温焙烧8～15h，

F.然后以15～40℃/min降温速度冷却到40℃以下，制得磷酸亚铁锂粉末或者掺杂磷酸亚铁锂粉末。

所述的三价铁源为氯化铁、硝酸铁、磷酸铁、硫酸铁铵中的一种；磷源为磷酸、磷酸氢铵，磷酸铁、磷酸二氢铵中的一种；锂源为氧化锂、醋酸锂、氯化锂、硝酸锂、碳酸锂中的一种；掺杂元素化学物为MnCO₃、Mn(NO₃)₂、Mn₂O₃、MnPO₄、M_OO₃、Mg(OH)₂、Mg(NO₃)₂、NiPO₄中的一种；碳源为蔗糖、葡萄糖、糊精、聚丙烯、聚丙烯酰胺、柠檬酸、淀粉中的一种；分散剂为水、乙醇中的一种。

直接使用三价铁为铁源，避开了其他合成技术中繁琐的亚铁盐合成步骤，解决了使用在空气中易氧化的亚铁盐原料常有的产物不纯问题。采用本机械固相合成工艺，合成粒经小、分布窄、纯度高，振实大，可获得电化学性能优良的磷酸亚铁锂材料。

通过控制合成工艺，首先合成一种高密度磷酸亚铁锂前躯体，再把此前躯体在特定条件下进行煅烧，获得高密度橄榄石结构磷酸亚铁锂。其平均粒径1～5μm，松装密度≥0.5g/cm³，振实密度1.0～1.7g/cm³，比表面≤20m²/g，首次放电比容量(3C)≥125mAh/g。

本发明的有益效果是，工艺简单，易操作，原料成分和产物配方容易控制，合成的磷酸亚铁锂的振实大、纯度高、电化学性能优良；本发明合成的LiFePO₄/C材料与碳负极组装成测试电池，在1C倍率放电时比容量达130mAh/g，且表现出优秀的循环稳定性能。所使用的材料均为大宗化工产品，易实现工业规模清洁生产，无三废排放。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施方式一：

A.称取氯化铁1000克、磷酸二氢铵800克、醋酸锂450克、碳酸锰40克、蔗糖530克，均匀混合于1L乙醇中；

B.将上述混合物放入球磨容器中，球磨6小时；

C.球磨产物置于空气气氛中于300℃烘10小时，自然冷却；

D.研磨，得到混合料；

E.将混合料置于高温炉中，在氢气+氮气的混合气氛中，以35℃/min加热速率升温，在800℃恒温焙烧15h；

F.然后以35℃/min降温速度冷却到40℃以下，制得掺杂磷酸亚铁锂粉末。

测得该产品的平均粒径为3～5μm，振实密度1.6g/cm³，比表面19m²/g，室温下，首次放电比容量(3C)≥125mAh/g。

实施方式二：