[发明专利]一种纳米掺杂磷酸铁锂的制备方法

说明书

本发明涉及新能源电池制备技术领域，特别涉及一种纳米掺杂磷酸铁锂的制备方法。本发明以低成本磷化铁为主要原材料，采用液相合成法，通过添加掺杂元素，增强了产品的电化学性能，具有较高充放电容量、良好倍率放电性能和良好循环性能。本发明制备得到的磷酸铁锂材料具有纳米级尺寸，颗粒细小、均匀、纯度高。纳米磷酸铁锂材料0.1C充电容量为158mAh/g，0.1C充放电效率在95％以上。该制备方法工艺简单、成本低、易于实现产业化。

技术领域

本发明涉及新能源电池制备技术领域，特别涉及一种纳米掺杂磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

随着国家对锂电新能源电池产业的大力扶持，全球锂离子电池的市场规模正在成倍扩张。磷酸铁锂电池由于具有原材料来源广泛、价格便宜、安全性能好且循环寿命长等优点，成为了新一代锂离子电池的理想正极材料。2021年新建及改造的5G基站需求量将达到10GWh，这十分有助于磷酸铁锂电池在通信基站备用电源领域开辟新的应用市场。在动力汽车领域，由于安全性能好，磷酸铁锂电池在2020年占比约78％。同时，磷酸铁锂电池也大量应用于储能领域。因此，降低磷酸铁锂生产成本对于整个磷酸铁锂电池产业链的成本降低具有重要意义。

目前，磷酸铁锂的生产方法主要包括高温固相法和水热合成法等。其中，高温固相法是将一定计量比原料混合均匀，闪蒸干燥，研磨均匀，高温烧结。高温固相法的优点是工艺简单、易实现产业化；缺点是合成蒸汽消耗量大、成本高、产品合成过程中不均匀。水热合成法是合成产品均一性较好，可以生产出高倍率磷酸铁锂产品，但需要耐高温高压设备，设备投资大、运行成本高，产业化比较困难。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种产品均一性好，具有较高充放电容量、良好倍率放电性能和良好循环性能，同时设备投资小、运行成本低，容易实现产业化的纳米掺杂磷酸铁锂的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种纳米掺杂磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：

一、磷铁液制备：取磷化铁粉，加入硝酸反应，然后加入络合剂，并混合均匀，得到磷铁液；

二、湿法合成：在反应釜内加入锂化合物、磷铁液、掺杂元素化合物，然后加入碳源进行搅拌反应，反应产物经破碎机进行粗破碎、粉碎，形成磷酸铁锂前驱体；

三、煅烧工段：将步骤二制备得到的前驱体产品在低温氮气氛围中烧结10h～20h，在高温氮气氛围中烧结10h～20h；低温区温度为400℃～600℃，高温区温度为500℃～900℃；

四、将步骤三得到的磷酸铁锂材料半成品加入粉碎设备进行粉碎得到纳米级磷酸铁锂。

作为优选，所述步骤一中络合剂指的是：柠檬酸铵、苹果酸铵、酒石酸铵、草酸铵、水杨酸铵、琥珀酸铵、甘氨酸铵、乙二胺四乙酸铵中的一种或多种的组合。

作为优选，所述步骤二中锂化合物指的是：偏磷酸锂、柠檬酸锂、磷酸二氢锂、醋酸锂、酒石酸锂、磷酸锂中的一种或多种的组合。

作为优选，所述步骤二中掺杂元素指的是：镍、镉、钼、镁、钛、钒、锰、锌、钠化合物中的一种或多种的组合。

作为优选，所述步骤二中碳源指的是：沥青、葡萄糖、蔗糖中的一种或多种的组合。

作为优选，所述步骤一中的磷化铁粉的Fe:P＝1.6:1。

作为优选，所述步骤一中加入68％硝酸反应8h～14h，磷化铁粉与68％硝酸的重量比为1:(1～4)。

作为优选，所述步骤一中络合剂与磷化铁粉的摩尔比为1:(0.01～10)。

作为优选，所述步骤二中按摩尔比Li:Fe:P:掺杂元素为(1～1.05):(1～1.05):(1～1.05):(0～0.05)的比例混合。