本發明專利技術公開了一種磷酸鐵鋰的生產方法，通過將噴霧干燥后的磷酸鐵鋰物料于壓力為10～200MPa、溫度為250～450℃下進行碳化1～5h，然后進行高溫燒結得到最終的磷酸鐵鋰；本發明專利技術使用等靜壓輔助的低溫碳化方式，有效地消除了碳化過程中的碳泡，減少了磷酸鐵鋰中的絮狀碳，提高了磷酸鐵鋰的電化學性能，以及安全性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及磷酸鐵鋰制備，更為具體地，涉及一種磷酸鐵鋰的生產方法。
技術介紹
1、鋰離子電池是一種新型的二次電池，其正極材料通常為磷酸鐵鋰，是一種橄欖石結構的鋰離子電池正極材料，具有安全性能好、循環壽命長、環境友好等優點，被廣泛應用于電動汽車、電動工具等領域。然而，磷酸鐵鋰導電性差，往往需要進行碳包覆以改善其導電性，當前一般使用有機碳源熱解的方式對磷酸鐵鋰進行碳包覆，而這些有機碳源在高溫熱解下會形成不同形態的碳，有些是緊密包覆在磷酸鐵鋰顆粒表面的石墨化程度較高的緊密碳，另一種則游離在磷酸鐵鋰顆粒較遠的地方，稱之為絮狀碳，這些絮狀碳導電性差，導熱性差，會影響磷酸鐵鋰的電化學性能和使用中的安全性能，因此，如何有效減少磷酸鐵鋰中的絮狀碳，提高其電化學性能，是當前磷酸鐵鋰制備技術面臨的重要問題。
2、現有技術對于減少絮狀碳的方法也有公開，例如，公開號為cn112768688a的專利技術專利公開了一種磷酸鐵鋰材料及其制備方法和鋰離子電池，包括以下步驟：(1)將含有鋰、鐵和磷的反應原料、碳源和粘結劑在溶劑中分散并進行混合，得到混合料；(2)對混合料進行造粒，得到前驅體；(3)對前驅體在氧化性氣氛下進行預燒，得到預燒產物；(4)對預燒產物在保護性氣氛下進行燒結，得到所述磷酸鐵鋰材料；該專利技術方法在混合階段即加入粘結劑，增加后續造粒時一次顆粒之間堆積的緊密程度，并在燒結前，先在氧化性氣氛下預燒去除粘結劑，避免了在保護性氣氛下高溫燒結時粘結劑分解后產生更多的絮狀碳，促進二次顆粒內部一次顆粒的晶體生長，改善材料循環穩定性。
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p>3、又如，公開號為cn116885327a公開了一種鋰離子電池正極材料的回收工藝，該專利技術是通過高溫烘烤除去水分、游離碳等雜質；公開號為cn101371383a的專利技術專利通過將石墨粉末顆粒、炭黑和瀝青碳化物混合，混煉該混合物后，在非氧化氣氛中1000℃或更高的溫度下鍛燒該混煉物將其碳化，利用瀝青增加緊密度和高溫下的氧化分解除去游離碳，磷酸鐵鋰碳化過程中溫度高會有雜相存在，嚴重影磷酸鐵鋰材料的高倍率電化學性能。4、綜上所述，目前現有的減少絮狀碳的方法主要是通過提高碳源的熱解溫度，來促進碳源的充分熱解，或者在輔助性氣體下除去表面游離碳，還有通過在磷酸鐵鋰中添加粘結劑等物質，改善碳源的分散性和緊密型，從而減少絮狀碳的產生，但這些方法改變了原有的工藝參數和添加了其他物質，可能會影響磷酸鐵鋰的其他性能，如能量密度、功率密度等，因此，如何在不影響磷酸鐵鋰其他性能的前提下，有效地減少磷酸鐵鋰中的絮狀碳，是當前磷酸鐵鋰制備技術面臨的重要挑戰。
技術實現思路
1、鑒于以上所述，本專利技術提供一種磷酸鐵鋰的生產方法，可以在不影響磷酸鐵鋰其他性能的前提下，有效地減少磷酸鐵鋰中的絮狀碳，并提高其放電比容量等電化學性能和安全性能。
2、本專利技術提供一種磷酸鐵鋰的生產方法，包括原料配料、研磨、噴霧干燥和高溫燒結步驟，其在噴霧干燥和高溫燒結步驟之間增加等靜壓碳化步驟：將噴霧干燥后的磷酸鐵鋰物料于壓力為10～200mpa、溫度為250～450℃下進行碳化1～5h。
3、其中原料按碳酸鋰、磷酸鐵和碳源的摩爾比為1∶1∶1進行配料。
4、其中碳源選自葡萄糖、蔗糖和peg2000中的一種或兩種。
5、其中研磨時間為8h，轉速為500rpm。
6、其中噴霧干燥的進口溫度為250℃，出口溫度為100℃，霧化盤轉速為30000rpm。
7、其中高溫燒結為在保護性氣氛下進行燒結，燒結溫度為800℃，恒溫燒結時間為6h。
8、在磷酸鐵鋰制備的過程中，添加的碳源是有機碳源，其分解步驟是必不可少的，那么在碳源分解即碳化過程中，有機碳源受熱分解，該過程中會產生氣體，又因其受熱處于熔融狀態，因此氣體會以氣泡的形式從內部脫出，從而形成碳泡，而絮狀碳主要是因為該過程中形成的碳泡使得碳源中的碳遠離了包覆物即磷酸鐵鋰而形成，從而附著在磷酸鐵鋰材料的表面，由于其導電性和導熱性較差，會影響磷酸鐵鋰的電化學性能和使用中的安全性能，因此，消除絮狀碳對提高磷酸鐵鋰的性能具有重要意義。
9、因此，本專利技術提出進行等靜壓低溫碳化，等靜壓就是在同一個壓力下，材料的整個表面具有相同的壓力，即對整個磷酸鐵鋰碳包覆顆粒的全表面施加了相同的壓力；等靜壓低溫碳化就是對磷酸鐵鋰材料施加一定的壓力和溫度，進行碳源的低溫分解形成碳包覆材料，因為材料表面被施加了相同的壓力，有效地提升了顆粒之間的緊實度，減少了顆粒之間的空隙，因此在低溫碳化過程中難以形成大體積的碳泡，有效地抑制了碳泡的生成，從而減少了碳成分從顆粒表面的脫離，進而減少了絮狀碳的產生，而絮狀碳的減少能有效提高磷酸鐵鋰的電化學性能。
10、本專利技術中磷酸鐵鋰的等靜壓碳化過程需要適宜的壓力、溫度和時間，其中壓力過低會使碳泡消除不完全，達不到較好的處理效果，壓力過高會導致顆粒發生形變，不僅影響磷酸鐵鋰的最終性能，還有較大的能耗；而適宜的溫度和時間對于碳化過程是至關重要的，溫度太低、時間太短均會導致碳源分解不完全，殘留有繼續分解的成分，不利于磷酸鐵鋰的性能，但溫度太高會導致碳源分解劇烈，促使顆粒表面碳包覆效果不好，同樣降低磷酸鐵鋰的性能；其中碳化溫度可以依據具體的碳源的分解溫度對其碳化溫度進行設定，以保證碳化的效果，如葡萄糖、蔗糖、peg2000的分解溫度分別為180℃、250℃和200℃，因此，因等靜壓碳化的壓力高于常壓，一般在分解溫度的基礎上提高100～200℃作為等靜壓碳化的碳化溫度。
11、本專利技術的有益效果在于：
12、(1)本專利技術通過使用等靜壓低溫碳化的方式，將磷酸鐵鋰干燥物料置于特定的壓力和溫度下進行碳化合適的時間，可以有效地減少碳化過程中產生碳泡，消除磷酸鐵鋰中的絮狀碳，從而提高磷酸鐵鋰的放電比容量等電化學性能，以及安全性能；
13、(2)本專利技術采用物理方式減少磷酸鐵鋰中的絮狀碳，不會改變磷酸鐵鋰的內部結構和組成，因此在減少絮狀碳的同時，不會影響磷酸鐵鋰的能量密度、功率密度等其他性能；
14、(3)本專利技術的操作步驟簡單，不需要復雜的設備和工藝，生產成本低，同時，生產時間短，生產效率高。
本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種磷酸鐵鋰的生產方法，包括原料配料、研磨、噴霧干燥和高溫燒結步驟，其特征在于，在噴霧干燥和高溫燒結步驟之間增加等靜壓碳化步驟：將噴霧干燥后的磷酸鐵鋰物料于壓力為10～200MPa、溫度為250～450℃下進行碳化1～5h。
2.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰的生產方法，其特征在于，所述的原料按碳酸鋰、磷酸鐵和碳源的摩爾比為1∶1∶1進行配料。
3.根據權利要求1或2任一所述的一種磷酸鐵鋰的生產方法，其特征在于，所述的碳源選自葡萄糖、蔗糖和PEG2000中的一種或兩種。
4.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰的生產方法，其特征在于，所述的研磨時間為8h，轉速為500rpm。
5.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰的生產方法，其特征在于，所述的噴霧干燥的進口溫度為250℃，出口溫度為100℃，霧化盤轉速為30000rpm。
6.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰的生產方法，其特征在于，所述的高溫燒結為在保護性氣氛下進行燒結，燒結溫度為800℃，恒溫燒結時間為6h。
【技術特征摘要】
1.一種磷酸鐵鋰的生產方法，包括原料配料、研磨、噴霧干燥和高溫燒結步驟，其特征在于，在噴霧干燥和高溫燒結步驟之間增加等靜壓碳化步驟：將噴霧干燥后的磷酸鐵鋰物料于壓力為10～200mpa、溫度為250～450℃下進行碳化1～5h。
2.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰的生產方法，其特征在于，所述的原料按碳酸鋰、磷酸鐵和碳源的摩爾比為1∶1∶1進行配料。
3.根據權利要求1或2任一所述的一種磷酸鐵鋰的生產方法，其特征在于，所述的碳源選自葡萄糖、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：顏華，王燚，蒲星宏，梁梓灝，韓磊，鄧仁彬，劉濤，
申請(專利權)人：宜賓天原鋰電新材有限公司，
類型：發明
國別省市：
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