[发明专利]一种掺杂磷酸亚铁锂材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及生产磷酸亚铁锂材料，特别是一种掺杂磷酸亚铁锂材料的制备方法。

背景技术：

近年来，国、内外关于合成磷酸亚铁锂的研究有很多，其合成方法有：高温固相法、喷雾法、水热合成法、共沉淀法、乳业干燥法及微波法等，但大多仍停留在实验室阶段，只有高温固相法在工业中得到了应用，而用高温固相法生产的出的磷酸亚铁锂材料，则存在着离子导电率和电子导电率均较低，只适合于在小电流下充放电，Li⁺在LiFePO₄和FePO₄中的扩散系数也不大，因此在高倍率充放电时出现了比较明显的比容量衰减；另外磷酸亚铁锂的理论密度比较低，这两处不足给LiFePO₄的商业化进程带来了不小的阻力，因此必须对LiFePO₄进行改性。

发明内容：

本发明的目的是提供一种可以有效改进磷酸亚铁锂性能的掺杂磷酸亚铁锂材料的制备方法。

本发明的技术方案是，一种掺杂磷酸亚铁锂材料的制备方法，其特征在于：(1)首先将干燥过的磷酸二氢铵、单水氢氧化锂、草酸亚铁、氢氧化铝、二氧化锰和石油焦在球磨机中在还原气氛下球磨混合，直至实现亚微米级的超细混合；(2)将混合物料在回转窑内还原气氛下进行一定时间的低温一次煅烧；(3)将低温一次煅烧所得到的混合物料在回转窑内高温还原气氛下进行一定时间的二次煅烧，经过筛分，即得到掺杂的磷酸亚铁锂产品。所述的磷酸二氢铵、单水氢氧化锂、草酸亚铁、氢氧化铝、二氧化锰和石油焦的重量配比为：100-120重量份、单水氢氧化锂40-48重量份、草酸亚铁160-170重量份、氢氧化铝0.01-1重量份、二氧化锰0.01-1重量份，碳源石焦油的量是3-5重量份。所述的磷酸二氢铵、单水氢氧化锂、草酸亚铁、氢氧化铝、二氧化锰和石油焦在球磨机内的加工时间为：60-80小时。所述的还原气氛为氩气和氢气的混合气体，体积百分数为：氩气：90-95％，氢气：5-10％。所述的低温一次煅烧的煅烧温度为280-320℃，煅烧时间为5-7小时。所述的低温一次煅烧的煅烧温度为280-320℃，煅烧时间为5-7小时。所述的二次煅烧的煅烧温度为650-750℃，煅烧时间为5-7小时。所述筛分条件为过300目-400目的筛子。

本发明所得到的磷酸亚铁锂材料作为电池材料可以有效的提高电池的性能。

具体实施方式：

实施例一：

(1)磷酸二氢铵110千克、单水氢氧化锂44千克、草酸亚铁160千克、氢氧化铝0.01千克、二氧化锰1千克，称取碳源石焦油的量是3千克，在球磨机内研磨60小时；(2)将研磨后的混合物料在回转窑内还原气氛(氩气：90，氢气：10％)下，煅烧的温度为280℃，煅烧5个小时的加工条件下进行一次煅烧；(3)将一次煅烧后的混合物料在回转窑内高温还原气氛(氩气：90％，氢气：10％)下，煅烧的温度为650℃，煅烧时间为5小时的环境下进行二次煅烧后，过筛300目筛、分级得到掺杂的磷酸亚铁锂产品。

实施例二：

(1)磷酸二氢铵100千克、单水氢氧化锂40千克、草酸亚铁165千克、氢氧化铝0.5千克、二氧化锰0.5千克，称取碳源石焦油的量是4千克，在球磨机内研磨70小时；(2)将研磨后的混合物料在回转窑内还原气氛(氩气：92％，氢气：8％)下，煅烧的温度为300℃，煅烧6个小时的加工条件下进行一次煅烧；(3)将一次煅烧后的混合物料在回转窑内高温还原气氛(氩气：92，氢气：8％)下，煅烧的温度为700℃，煅烧时间为6小时的环境下进行二次煅烧后，过筛350目筛、分级得到掺杂的磷酸亚铁锂产品。

实施例三：

(1)磷酸二氢铵120千克、单水氢氧化锂48千克、草酸亚铁170千克、氢氧化铝1千克、二氧化锰0.01千克，称取碳源石焦油的量是5千克，在球磨机内研磨80小时；(2)将研磨后的混合物料在回转窑内还原气氛(氩气：95％，氢气：5％)下，煅烧的温度为320℃，煅烧7个小时的加工条件下进行一次煅烧；(3)将一次煅烧后的混合物料在回转窑内高温还原气氛(氩气：92，氢气：8％)下，煅烧的温度为700℃，煅烧时间为7小时的环境下进行二次煅烧后，过筛400目筛、分级得到掺杂的磷酸亚铁锂产品。

由本发明所得到的磷酸亚铁锂产品，经XRD分析无杂质相，说明掺杂成功；经SEM扫描电镜分析，产品形状规则，结晶良好，颗粒大小均匀，约在0.5～1μm之间；由产品制成的模拟电池在电流密度20.0mA/g下经15次循环放电比容量由初次的115.2mAh/g增加到148.3mAh/g，之后稳定在146mAh/g左右，在电流密度200.0mA/g下放电比容量仍可达110.2mAh/g。说明本发明所得到的磷酸亚铁锂产品作为电池材料的性能大为提高。