一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法技术

本发明专利技术提供了一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法，包括以下步骤：将铁、碳酸锂、二氧化钛、磷源作为原料，按比例配料；将原料中的磷源与弱酸混合，加水至完全溶解获得混酸溶液；将铁和二氧化钛加入混酸溶液，然后加热并充分搅拌，然后用高能磨中进行球磨处理，再将碳酸锂、葡萄糖加入继续研磨，完成后进行喷雾造粒；投入气氛烧结炉中进行烧结并保温，冷却后获得所需产品。本发明专利技术以铁粉，工业磷酸作为铁源和磷源，采用半湿法一步制备工艺，本技术特点是一步反应，掺杂方式简单有效；本工艺制备的磷酸铁锂正极材料，具有原材料价格低廉、制备工艺简单且稳定可控，无任何废排、绿色环保、性能优良、适用于工业化连续生产的特点。适用于工业化连续生产的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，尤其涉及一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂正极材料具有安全性能好、价格低廉、绿色环保、使用寿命长的优点，是最具前景的锂离子电池正极材料之一。由于磷酸铁锂的电子导电性能及离子导电性能较差，通过材料纳米化、表面覆碳、离子掺杂手段能够有效的改善磷酸铁锂正极材料的电化学性能。纳米化是通过技术手段减小材料一次颗粒的尺寸，减小电子及离子的迁移距离，表面覆碳能够进一步增加材料的电导率，离子掺杂能够增加材料导电率及拓宽离子迁移通道的作用。
[0003]其中离子掺杂是将一定量的带电荷的离子注入到固体材料中，依次改变材料的物理和化学性能的方法。通过加入额外的离子，可以有效提高对电荷的负载能力，从而提升电极材料的导电率和离子迁移通道宽度。目前用于磷酸铁锂材料的离子掺杂方法一般是使用湿法工艺，通过多个步骤分别加入不同的离子成分，从而获得复合性的离子掺杂效果，才能有效提高导电率。但是这种方法还存在一定问题，即目前使用多步骤掺杂离子的方式工艺较为复杂，导致生产流程繁琐、设备繁多，同时其原料也相对较为昂贵，因此需要一种更好的生产工艺。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中所存在的不足，本专利技术提供了一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法，其解决了现有技术中存在的工艺较为复杂，导致生产流程繁琐、设备繁多，同时其原料也相对较为昂贵的问题。
[0005]根据本专利技术的实施例，一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将铁、碳酸锂、二氧化钛、磷源作为原料，按比例配料；
[0007]S2、将上述原料中的磷源与弱酸混合，加水至完全溶解获得混酸溶液；
[0008]S3、将铁和二氧化钛加入混酸溶液，然后加热并充分搅拌5
‑
15小时，待充分反应后将浸泡中的物料加入到高能磨中进行球磨处理5
‑
15小时，研磨完成后再将碳酸锂、葡萄糖加入继续研磨5
‑
15小时，完成后进行喷雾造粒；
[0009]S4、将上一步骤获得的物料投入气氛烧结炉中进行烧结并保温6
‑
20h，冷却后获得所需产品。
[0010]进一步的，所述的原料在配料时按照Li：Fe：Ti：P＝1：1
‑
x：x：1的摩尔比进行计算，其中0＜x＜0.2。
[0011]进一步的，所述磷源为磷酸或磷酸二氢铵。
[0012]进一步的，所述弱酸为二水草酸或柠檬酸或两者的混合物。
[0013]进一步的，所述步骤S3中加热温度为40
‑
80℃。
[0014]进一步的，所述步骤S4中在气氛烧结炉中通入氮气，并以500℃～750℃的温度进行烧结。
[0015]相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0016]1、本专利技术以铁粉，工业磷酸作为铁源和磷源，采用半湿法一步制备工艺，本技术特点是一步反应，掺杂方式简单有效；
[0017]2、本工艺制备的磷酸铁锂正极材料，具有原材料价格低廉、制备工艺简单且稳定可控，无任何废排、绿色环保、性能优良、适用于工业化连续生产的特点；
[0018]3、材料平均单晶粒度＜100nm，二次颗粒度15～35μm，能有效提高磷酸铁锂正极材料的克容量，使得产品的克容量＞155mAh/g，同时循环寿命＞2000次，倍率性能优良(5C＞120mAh/g)，低温性能好，
‑
20℃下容量保持率大于85％。
具体实施方式
[0019]下面结合实施例对本专利技术中的技术方案进一步说明。
[0020]实施例1
[0021](1)当LiFe1‑
X
Ti
x
PO4(x＝0.03)，以Li：Fe：Ti：P各元素摩尔比为1：0.97：0.03：1。
[0022](2)将72.1kg浓度为85％的磷酸、5kg二水草酸及5kg柠檬酸的溶解于去离子水中制成混酸溶液，再向混酸溶液中加入33.88kg粒径小于100μm的金属铁粉和1.49kg的二氧化钛，在40℃下加热并搅拌浸泡反应15h，然后将浸泡好的物料加入高能磨中研磨反应15h，随后加入23.2kg碳酸锂以及10kg葡萄糖继续研磨15h。
[0023](3)将磨好的料在离心喷雾机内进行喷雾干燥处理获得15～35μm的球形颗粒。
[0024](4)将喷雾干燥好的球形颗粒粉料，在通入氮气的烧结炉内500℃℃煅烧处理，并保温20小时。
[0025](5)将上述煅烧后的料进行气流粉碎处理，得到单晶颗粒尺寸80
‑
200纳米，二次颗粒粒度范围在5
‑
25微米的球形磷酸铁锂钛掺杂正极材料。
[0026]本实施例产品的克容量为160mAh/g，循环寿命2200次，倍率性能为5C克容量125mAh/g。
[0027]实施例2
[0028](1)当LiFe1‑
X
Ti
x
PO4(x＝0.06)，以Li：Fe：Ti：P各元素摩尔比为1：0.94：0.06：1。
[0029](2)将64.3kg磷酸二氢铵、15kg二水草酸溶解于去离子水中制成混酸溶液，在混酸溶液中加入32.83kg粒径小于100μm的金属铁粉和2.99kg的二氧化钛，在60℃下加热并搅拌浸泡反应10h，然后将浸泡好的物料加入高能磨中研磨反应10h，随后加入23.2kg碳酸锂以及10kg葡萄糖继续研磨10h。
[0030](3)将磨好的料在离心喷雾机内进行喷雾干燥处理获得15～35μm的球形颗粒。
[0031](4)将喷雾干燥好的球形颗粒粉料，在通入氮气的烧结炉内600℃煅烧处理，并保温13小时。
[0032](5)将上述煅烧后的料进行气流粉碎处理，得到单晶颗粒尺寸80
‑
200纳米，二次颗粒粒度范围在5
‑
25微米的球形磷酸铁锂钛掺杂正极材料。
[0033]本实施例产品的克容量为165mAh/g，循环寿命2150次，倍率性能为5C克容量
130mAh/g。
[0034]实施例3
[0035]当LiFe1‑
X
Ti
x
PO4(x＝0.15)，以Li：Fe：Ti：P各元素摩尔比为1：0.85：0.15：1。
[0036]将72.1kg浓度为85％的磷酸、20kg柠檬酸的溶解于去离子水中制成混酸溶液，在混酸溶液中加入29.68kg粒径小于100μm的金属铁粉和7.49kg的二氧化钛，在80℃下加热并搅拌浸泡反应5h，然后将浸泡好的物料加入高能磨中研磨反应5h，随后加入23.2kg碳酸锂以及10kg葡萄糖继续研磨5h
[0037](3)将磨好的料在离心喷雾机内进行喷雾干燥处理获得15～35μm的球形颗粒。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将铁、碳酸锂、二氧化钛、磷源作为原料，按比例配料；S2、将上述原料中的磷源与弱酸混合，加水至完全溶解获得混酸溶液；S3、将铁和二氧化钛加入混酸溶液，然后加热并充分搅拌5
‑
15小时，待充分反应后将浸泡中的物料加入到高能磨中进行球磨处理5
‑
15小时，研磨完成后再将碳酸锂、葡萄糖加入继续研磨5
‑
15小时，完成后进行喷雾造粒；S4、将上一步骤获得的物料投入气氛烧结炉中进行烧结并保温6
‑
20h，冷却后获得所需产品。2.如权利要求1所述的一种一步工艺制备高倍率钛掺杂磷酸锂铁的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德勇，罗天佐，梁浩，李晓春，
申请(专利权)人：欧赛新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：