【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋰電池正極材料，尤其是一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法。
技術(shù)介紹
1、在鋰離子電池中，磷酸鐵鋰材料由于價(jià)格低廉、無(wú)毒性、安全性能好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，擁有巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。磷酸鐵鋰材料的壓實(shí)密度作為衡量材料能量密度的參考指標(biāo)，影響著鋰離子電池的能量密度大小。采用高溫固相法生產(chǎn)磷酸鐵鋰，目前行業(yè)內(nèi)通用的工藝路線為以磷酸鐵、碳酸鋰及碳源為原材料，采用去離子水為分散劑，通過(guò)濕法球磨及高速超細(xì)磨后經(jīng)離心噴霧干燥后得到球形粉末狀前驅(qū)體，由于離心噴霧干燥后所得前驅(qū)體呈空心球狀，經(jīng)燒結(jié)后所得磷酸鐵鋰材料仍呈空心球狀，再經(jīng)氣流粉碎后得到。高溫固相法能夠通過(guò)提高材料尺寸來(lái)增加材料的壓實(shí)密度，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致充放電過(guò)程中的極化增加，從而降低材料的比容量、比能量以及循環(huán)性能。液相法由于具有納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，能夠提高材料的充放電性能以及保證循環(huán)能力，但又容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，難以形成良好的顆粒級(jí)配，因此也難以獲得高壓實(shí)密度的磷酸鐵鋰。
2、一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池正極材料的壓實(shí)密度越大，鋰離子電池的容量就能做的越高，因此工藝條件一定的條件下，鋰離子電池正極材料的壓實(shí)密度越大，鋰離子電池的容量越高?，F(xiàn)有的提升磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度的技術(shù)方案包括：提升燒結(jié)溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間、降低碳含量、更改原材料(主要是磷酸鐵)、改變砂磨粒度等，但現(xiàn)有的技術(shù)方案存在如下技術(shù)問(wèn)題：提升磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度的同時(shí)會(huì)使得磷酸鐵鋰的比表面積相應(yīng)降低，相應(yīng)使得磷酸鐵鋰的容量也會(huì)有一定程度的降低；制備的磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度高于2.45g/cm3后，0.1c的克容量不大于155m
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，在保證高壓實(shí)密度的同時(shí)提高材料的比容量和比能量，同時(shí)保證磷酸鐵鋰材料的良好循環(huán)性能。
2、本專利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，
3、(1)將原料鋰源、磷源、鐵源和碳源混合后，采用高溫固相法制得d50為1.6～1.8μm的磷酸鐵鋰材料，稱為a料；
4、(2)將原料鋰源、磷源、鐵源和碳源混合后，采用高溫固相法制得d50為0.8～1.1μm的磷酸鐵鋰材料，稱為b料；
5、(3)將原料鋰源、磷源、鐵源采用水熱法制得一次顆粒粒度范圍為200～300nm的納米型磷酸鐵鋰材料，稱為c料；
6、(4)將a料、b料、c料按照10～16︰4～6︰1～3的重量比進(jìn)行配比混合，得到磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品。
7、進(jìn)一步的，所述步驟(1)和(2)的高溫固相法為將鋰源、磷源、鐵源和碳源混合，經(jīng)過(guò)濕法研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎得到磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品。
8、進(jìn)一步的，所述步驟(1)中將鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比1～1.2︰1︰1進(jìn)行配料，碳源的摻加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的7～10％，所述配料要求固含量是45～55％，研磨粒度為200～300nm，噴霧干燥造粒d50約為10～20μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為760～820℃，保溫時(shí)間約為8～16小時(shí)。
9、進(jìn)一步的，所述步驟(2)中將鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比1.2～1.5︰1︰1進(jìn)行配料，碳源的摻加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的5～8％，配料要求固含量是30～40％，研磨粒度為300～500nm，噴霧干燥造粒d50約為20～30μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為710～760℃，保溫時(shí)間約為6～8小時(shí)。
10、進(jìn)一步的，所述步驟(3)的水熱法為將鋰源、磷源、鐵源加入水中，進(jìn)行水熱反應(yīng)得到磷酸鐵鋰前驅(qū)體，然后添加碳源及潤(rùn)滑劑，再進(jìn)行研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎得到磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品。
11、進(jìn)一步的，所述步驟(3)中將原料鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比3～4︰1︰1進(jìn)行配料，并向配料中添加磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的1000～5000ppm的金屬摻雜劑，進(jìn)行反應(yīng)得到磷酸鐵鋰前驅(qū)體，然后向磷酸鐵鋰前驅(qū)體中添加磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的4～6％的碳源和潤(rùn)滑劑，然后進(jìn)行研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎，所述配料中要求固含量是30～50％，研磨粒度為200～300nm，噴霧干燥造粒d50約為20～30μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為650～700℃，保溫時(shí)間約為4～8小時(shí)；所述潤(rùn)滑劑為鱗片石墨，用量是磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的0.6～1％。
12、進(jìn)一步的，所述碳源選自環(huán)糊精、尿素、葡萄糖、蔗糖、甘氨酸、檸檬酸、草酸、乙烯醇、聚乙二醇中的一種或任意幾種的組合。
13、進(jìn)一步的，所述步驟(1)和步驟(2)原料中還添加有金屬摻雜劑和潤(rùn)滑劑。
14、進(jìn)一步的，所述步驟(1)金屬摻雜劑為鈦，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的500～1000ppm；潤(rùn)滑劑為鱗片石墨，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的0.1～0.3％；所述步驟(1)金屬摻雜劑為二氧化鈦、氫氧化鈦、鈦酸四丁酯、偏釩酸銨、五氧化二釩、氧化鎂、醋酸鎂的一種或幾種，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的4000～8000ppm，潤(rùn)滑劑為鱗片石墨，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的0.4～0.7％。
15、上述的任意一項(xiàng)一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法所制備的高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品。
16、本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)通過(guò)高溫固相法和液相法，制備了三種不同規(guī)格的磷酸鐵鋰材料，納米及小尺寸材料更容易填充到大尺寸材料之間的縫隙中，從而實(shí)現(xiàn)了顆粒級(jí)配，提高了材料的壓實(shí)密度，以及通過(guò)耦合材料的導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散性能共提高了能量密度；同時(shí)，液相法制備的小尺寸能夠穩(wěn)定持續(xù)釋放鋰離子，進(jìn)一步優(yōu)化了高壓實(shí)密度結(jié)構(gòu)材料的循環(huán)性能。
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1.一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)和(2)的高溫固相法為將鋰源、磷源、鐵源和碳源混合，經(jīng)過(guò)濕法研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎得到磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中將鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比1～1.2︰1︰1進(jìn)行配料，碳源的摻加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的7～10％，所述配料要求固含量是45～55％，研磨粒度為200～300nm，噴霧干燥造粒D50約為10～20μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為760～820℃，保溫時(shí)間約為8～16小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中將鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比1.2～1.5︰1︰1進(jìn)行配料，碳源的摻加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的5～8％，配料要求固含量是30～40％，研磨粒度為300～500nm，噴霧干燥造粒D50約為20～30μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為71
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)的水熱法為將鋰源、磷源、鐵源加入水中，進(jìn)行水熱反應(yīng)得到磷酸鐵鋰前驅(qū)體，然后添加碳源及潤(rùn)滑劑，再進(jìn)行研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎得到磷酸鐵鋰材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中將原料鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比3～4︰1︰1進(jìn)行配料，并向配料中添加磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的1000～5000ppm的金屬摻雜劑，進(jìn)行反應(yīng)得到磷酸鐵鋰前驅(qū)體，然后向磷酸鐵鋰前驅(qū)體中添加磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的4～6％的碳源和潤(rùn)滑劑，然后進(jìn)行研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎，所述配料中要求固含量是30～50％，研磨粒度為200～300nm，噴霧干燥造粒D50約為20～30μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為650～700℃，保溫時(shí)間約為4～8小時(shí)；所述潤(rùn)滑劑為鱗片石墨，用量是磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的0.6～1％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述碳源選自環(huán)糊精、尿素、葡萄糖、蔗糖、甘氨酸、檸檬酸、草酸、乙烯醇、聚乙二醇中的一種或任意幾種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)和步驟(2)原料中還添加有金屬摻雜劑和潤(rùn)滑劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)金屬摻雜劑為鈦，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的500～1000ppm；潤(rùn)滑劑為鱗片石墨，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的0.1～0.3％；所述步驟(1)金屬摻雜劑為二氧化鈦、氫氧化鈦、鈦酸四丁酯、偏釩酸銨、五氧化二釩、氧化鎂、醋酸鎂的一種或幾種，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的4000～8000ppm，潤(rùn)滑劑為鱗片石墨，添加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的0.4～0.7％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的任意一項(xiàng)一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法所制備的高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)和(2)的高溫固相法為將鋰源、磷源、鐵源和碳源混合，經(jīng)過(guò)濕法研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎得到磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中將鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比1～1.2︰1︰1進(jìn)行配料，碳源的摻加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的7～10％，所述配料要求固含量是45～55％，研磨粒度為200～300nm，噴霧干燥造粒d50約為10～20μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為760～820℃，保溫時(shí)間約為8～16小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中將鋰源、磷源、鐵源按照鋰鐵磷的摩爾比1.2～1.5︰1︰1進(jìn)行配料，碳源的摻加量為磷酸鐵鋰產(chǎn)品質(zhì)量的5～8％，配料要求固含量是30～40％，研磨粒度為300～500nm，噴霧干燥造粒d50約為20～30μm，高溫?zé)Y(jié)溫度為710～760℃，保溫時(shí)間約為6～8小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)的水熱法為將鋰源、磷源、鐵源加入水中，進(jìn)行水熱反應(yīng)得到磷酸鐵鋰前驅(qū)體，然后添加碳源及潤(rùn)滑劑，再進(jìn)行研磨、噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)以及氣流粉碎得到磷酸鐵鋰材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中將原料鋰源、...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧敏，梁梓灝，謝明陽(yáng)，顏華，蒲星宏，王燚，韓磊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：宜賓天原鋰電新材有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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