[发明专利]一种掺杂型硼酸铁的制备工艺

说明书

本发明公开一种掺杂型硼酸铁的制备工艺。将将铁盐、锰盐、钛盐与硼酸盐放入混料机内混合均匀，然后放入罐磨机内磨细至粒径为300‑450nm得到磨细料；将步骤(1)得到的磨细料放入回转窑中，在温度为400‑500℃下预焙烧5‑7小时，产生的废气经过吸收液喷淋吸收后外排，然后再在温度为650‑700℃焙烧3‑5小时，煅烧得到的物料经过冷却后得到冷却物料；将步骤(2)煅烧得到的冷却物料经行破碎、筛分、除铁和真空包装得到掺杂型硼酸铁。本发明的一种掺杂型硼酸铁的制备工艺，工艺简单，成本低，得到比表面积为3‑6m²/g的小比表面无水硼酸铁，一次粒径为400‑600nm，且得到掺杂钛与锰的无水硼酸铁。

技术领域

本发明涉及一种掺杂型硼酸铁的制备工艺，属于新能源电池材料领域。

背景技术

硼酸铁锂(LiFeBO₃)作为高容量锂电池阴极材料，理论比容量为220mAh/g,硼酸铁锂理论比容量仅为170mAh/g，更好导电性，极小体积变化率(～2％)。从结构来说，硼酸根(BO₃)比(PO₄)摩尔质量小(58.895)，且硼酸铁锂结构能够同时提供锂离子导电和电子导电。制备这一材料需要十分谨慎，因为一旦和湿气接触，这一材料电化学性能将会快速变差。

一般常规的工艺就是采用硼酸铁为前驱体，但是常规的液相合成工艺存在得到的硼酸铁存在比表面积大，且存在结晶水，对合成硼酸铁锂造成不利影响，且合成过程成本高，污水产生量大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种掺杂型硼酸铁的制备工艺，工艺简单，成本低，得到比表面积为3-6m²/g的小比表面无水硼酸铁，一次粒径为400-600nm，且得到掺杂钛与锰的无水硼酸铁。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种掺杂型硼酸铁的制备工艺，其为以下步骤：

(1)将铁盐、锰盐、钛盐与硼酸盐放入混料机内混合均匀，铁盐、锰盐、钛盐与硼酸盐的摩尔比为1：0.01-0.02：0.0011-0.002：1.03-1.05，然后放入罐磨机内磨细至粒径为300-450nm得到磨细料；

(2)将步骤(1)得到的磨细料放入回转窑中，在温度为400-500℃下预焙烧5-7小时，产生的废气经过吸收液喷淋吸收后外排，然后再在温度为650-700℃焙烧3-5小时，煅烧得到的物料经过冷却后得到冷却物料；

(3)将步骤(2)煅烧得到的冷却物料经行破碎、筛分、除铁和真空包装得到掺杂型硼酸铁。

所述步骤(1)中混料采用斜混机或者螺带混料机，混料时间为2-3小时，罐磨机采用陶瓷球进行磨细，罐磨机内装入的陶瓷球体积为罐磨机容积的60-80％，陶瓷球的直径为0.2-0.3mm，搅拌速度为600-900r/min,同时罐磨机外部设置有冷却夹套，维持罐内的温度为35-55℃。

所述步骤(2)中预焙烧过程维持回转窑内压强为0.85-0.9个大气压，同时维持引风管道内的气体流速大于10m/S，喷淋吸收采用3级逆流吸收，喷淋液为纯水、酸溶液或者碱溶液。

所述铁盐、锰盐、钛盐为有机盐、无机盐中的至少一种，硼酸盐为硼酸铵、硼酸二氢铵中的至少一种。

本发明以铁盐、锰盐、钛盐和硼酸盐为原料经过磨细后直接高温煅烧，再经过冷却后粉碎、筛分、除铁和真空包装得到掺杂型硼酸铁。

本发明通过固相反应，将两种固体晶体经过磨细后，大大增大了晶体的表面活性，再经过预烧结，将其他挥发性的物质烧结挥发出来，再经过高温烧结，从而形成掺杂型硼酸铁。

经过高温固相反应得到的硼酸铁，水分含量低，切比表面积小，一次粒径大，成本低，且产生的废水量少，且得到掺杂钛与锰的无水硼酸铁，钛和锰掺杂的均匀。