一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，首先将铁源预先高能粉碎及纳米化，然后按照摩尔比（1.01～1.03）：1:1 称取锂源、铁源、磷源，掺入摩尔占比（0.01～0.02）的钛源或镁源，再加入质量分数（4～10）%的碳源，高能粉碎及充分混合；再将混合后的材料压片造粒，得到片状前驱体；然后将前驱体放入窑炉中烧结，惰性气体氛围保护下，控制升温在0.5～4H内升至730℃，后730℃下保温煅烧0.5～4H，后随炉冷却至室温，得到碳包覆的磷酸铁锂材料；最后将制得的磷酸铁锂先破碎，后经粉碎、筛分、除铁得到颗粒近似正态分布的磷酸铁锂成品。采用干粉直接混合融合的方式制备磷酸铁锂，工艺简单，烧结时间缩短，相较于湿法复杂的生产工艺和较高的设备投入，本制造方法可将成本降低30%以上。

A preparation method of low cost and high performance lithium iron phosphate

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法
本专利技术涉及一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，属于锂电池

技术介绍
在一次性能源的紧缺和环境污染的日趋严重大环境下，绿色环保的锂离子二次电池得到了广泛应用。磷酸铁锂是一种锂离子电池正极材料，具有长寿命、宽工作温度范围、高安全性、低成本高性能、环保无污染等性能，以其为正极材料制成的磷酸铁锂电池已在汽车、电动工具及太阳能、风力发电储能等方面获得广泛运用。与其他传统锂离子电池正极材料相比，虽然磷酸铁锂的原料来源更广泛、价格更低廉，但在应用上尤其是电动汽车方面，与传统燃油车相比电动车锂电池的成本依然较高，而正极材料成本占锂电池总成本的30～45%，所以正极材料的成本直接影响锂电池的价格，继而也对电动车的普及产生影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种低制造成本高性能的磷酸铁锂制备方法，工艺简单，流程短，烧结时间缩短，易于工业化生产，相较于湿法复杂的生产工艺和较高的设备投入，烧结时间从传统方法的8小时降低至4小时以内，成本相较目前传统湿法降低了30%以上。本专利技术所采用的技术方案是：一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：（1）将铁源预先高能粉碎机中高效粉碎，然后按照摩尔比（1.01～1.03）：1:1称取一定量的锂源、铁源、磷源，掺入摩尔占比（0.01～0.02）的钛源或镁源，再加入质量分数（4～10）%的碳源，在高能粉碎机中高效粉碎及在高效机械融合机中充分混合中混合得到前驱体；再将制得的前驱体进行压片造粒，得到片状前驱体。（2）将制得的前驱体放入窑炉中烧结，惰性气体氛围保护下，控制升温在0.5～4H内升至730℃，后730℃下保温煅烧0.5～4H，后随炉冷却至室温，得到碳包覆的磷酸铁锂材料。（3）将制得的磷酸铁锂材料，先破碎，后经粉碎、筛分、除铁得到颗粒近似正态分布的磷酸铁锂成品材料。上述方法中，步骤（1）中铁源和磷源为无水正磷酸铁（Fe/P为0.97±0.1），形貌为球形或类球形颗粒；锂源为工业级碳酸锂；所掺杂的钛源为锐钛型钛白粉；碳源为葡萄糖、β-环糊精和纳米柠檬酸锂的一种或几种组合。上述方法中，步骤（1）中粉碎设备为机械粉碎或气流粉碎，粉碎后粒度分布D50≤1.5um；高效机械融合机根据实际所投物料量设置恰当的混合时间和转速。上述方法中，步骤（2）中惰性气体为纯度不低于99.999%氮气，窑炉为推板窑或辊道窑。上述方法中，步骤（3）中破碎工艺为先过颚式破碎机、再过对辊，粉碎设备为机械超微粉碎机或气流超微粉碎机。本专利技术的优点效果在于：（1）前驱体的制备过程与传统湿法球磨再喷雾干燥的方式相比，采用干粉直接混合融合的方式，省去了去离子水，成本只占传统方式的30%左右，且降低了设备投资，工艺更加简单，大大降低了制造成本。（2）锂源可采用工业级碳酸锂，进一步降低原料成本。（3）前驱体经过压片后再进窑炉烧结，可提高匣钵的装料量不低于30%，进一步降低了材料的烧结成本。附图说明图1是本专利技术实施所制备的磷酸铁锂扫描电镜图。图2是本专利技术实施所制备的磷酸铁锂扣电测试充放电曲线图。具体实施方式本实施例的一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，具体实验包括以下步骤：（1）本实验选取的铁源和磷源为无水正磷酸铁（实际Fe/P为0.97±0.1），形貌为类球形颗粒，先用高能粉碎机中高效粉碎，粉碎后粒度D50控制在1.5um以下；锂源为工业级碳酸锂（纯度≥99%）。（2）按照摩尔比（1.01～1.03）：1:1称取一定量的锂源、铁源、磷源，掺入摩尔占比（0.01～0.02）的钛源，再加入质量分数（4～10）%的碳源，本实验所采取的的实际配方为磷酸铁:21.285Kg,碳酸锂：5.339Kg，钛白粉：0.105Kg，无水葡萄糖：2.25Kg，β-环糊精：1.175Kg，纳米柠檬酸锂：0.207Kg，然后将所有原料加入高效机械融合机中混合，混合工艺参数设置：转速500转，运行时间15min，后转速800转，运行45min，总运行时间为60min；后将混合好的物料用压片造粒机进行压片，得到片状前驱体。（3）将制得的前驱体装入石墨匣钵，后放入窑炉中烧结，在氮气氛围保护下，控制升温2H从常温升至730℃，后730℃下保温煅烧2H，后随炉冷却至室温，得到碳包覆的磷酸铁锂材料。（4）将制得的磷酸铁锂材料，先用颚式破碎机加对辊进行破碎，后用机械粉碎机进行超微粉碎，粉碎后的粒度D50控制在2±1um，D90≤10um，然后将物料筛分、除铁得到颗粒近似正态分布的磷酸铁锂成品材料。图1为所制备的磷酸铁锂扫描电镜图，可以看出颗粒为大小颗粒搭配的类球形颗粒，且表面包覆有无定形碳。经测试，振实密度可达1.0g/cm3及以上。将所制得的磷酸铁锂、SuperP导电炭黑、PVDF（PVDF预先与NMP混匀的4%PVDF乳液）以90:5:5的质量比混合，涂在铝箔上制成正极片，以锂片为负极，1M的LiPF6为电解液，制成CR2025扣式电池进行充放电测试，图2为扣电测试放电曲线图，实际测得0.1C放电电压在3.4V左右，0.1C放电可达155mAh/g，1C放电可达150mAh/g。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n（1）将铁源预先高能粉碎及纳米化，然后按照摩尔比（1.01～1.03）：1:1 称取一定量的锂源、铁源、磷源，掺入摩尔占比（0.01～0.02）的钛源或镁源，再加入质量分数（4～10）%的碳源，在高能粉碎机中高效粉碎及在高效机械融合机中充分混合；再将混合后的材料进行压片造粒，得到片状前驱体；/n（2）将制得的前驱体放入窑炉中烧结，惰性气体氛围保护下，控制升温在0.5～4H内升至730℃，后730℃下保温煅烧0.5～4H，后随炉冷却至室温，得到碳包覆的磷酸铁锂材料；/n（3）将制得的磷酸铁锂材料，先破碎，后经粉碎、筛分、除铁得到颗粒近似正态分布的磷酸铁锂成品材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将铁源预先高能粉碎及纳米化，然后按照摩尔比（1.01～1.03）：1:1称取一定量的锂源、铁源、磷源，掺入摩尔占比（0.01～0.02）的钛源或镁源，再加入质量分数（4～10）%的碳源，在高能粉碎机中高效粉碎及在高效机械融合机中充分混合；再将混合后的材料进行压片造粒，得到片状前驱体；
（2）将制得的前驱体放入窑炉中烧结，惰性气体氛围保护下，控制升温在0.5～4H内升至730℃，后730℃下保温煅烧0.5～4H，后随炉冷却至室温，得到碳包覆的磷酸铁锂材料；
（3）将制得的磷酸铁锂材料，先破碎，后经粉碎、筛分、除铁得到颗粒近似正态分布的磷酸铁锂成品材料。


2.根据权利要求1所述的一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中铁源和磷源为无水正磷酸铁（Fe/P为0.97±0.1），形貌为球形或类球形颗粒，粉碎设备为机械粉碎或气流粉碎，粉碎后粒度控制D50≤1....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄碧英，樊长秋，黄耀泽，唐天文，
申请(专利权)人：隆能科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32