【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，具体涉及一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法。
技术介绍
1、目前，提高磷酸铁锂电导率的手段主要有三种：颗粒纳米化、导电物质包覆及金属离子掺杂，其中，颗粒纳米化会限制产品压实密度的提高；导电物质包覆对颗粒内部的导电性改善有限；只有金属离子掺杂能够在不影响产品压实密度的前提下建立内部导电通道，同步提升容量。另外，将金属离子掺杂步骤提前至前驱体磷酸铁的合成阶段，有利于提高体相掺杂均匀性，实现磷酸铁锂电导率的提高。
2、另一方面，针对磷酸铁锂的压实密度亟待提高以解决其能量密度低的问题，现有技术主要采取控制其前驱体磷酸铁的微观形貌、粒径分布及元素掺杂等措施。其中，本专利技术所提供的技术方案主要涉及元素掺杂，具体的相关技术方案简述如下：
3、专利《一种高纯高压实磷酸铁锂用的磷酸铁的制备方法，cn 109775679a》采取两步法，将料浆a与料浆b按一定比例在压力容器中搅拌混合得到料浆c，经过陈化、抽滤、洗涤等步骤，得到二水磷酸铁，再雾化造粒，脱水得到高纯高压实无水磷酸铁，由此原料制备的磷酸铁锂压实密度超过2.4 g/cm3。
4、专利《高容量高压实磷酸铁锂用复合结构正磷酸铁的制备方法，cn 110436427b》通过引入络合剂、模板剂，采用共沉淀法合成磷酸铁水合物前驱体，通过控制进料速率、搅拌频率、搅拌时间和反应温度，实现对磷酸铁形貌、粒径分布的有效控制，获得不同形貌、粒径分布范围宽的片状与颗粒状复合结构的正磷酸铁。由此前驱体材料制备的磷酸铁锂，压实密度有较大提升。
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6、然而，以上技术大多数通过分步的方式调控磷酸铁材料的微观形貌、粒径分布，甚至部分技术需要引入模板剂、络合剂等会增大废水处理压力的添加剂，或存在工艺周期长、反应条件苛刻等弊端。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，以提高磷酸铁锂材料的电导率及压实密度，本专利技术提供的技术方案无需引入模板剂、络合剂等会增大废水处理压力的添加剂，也无需如相关专利般采用分步的方法来制备高性能磷酸铁材料，缩短了工艺流程和生产周期，便于品质管理，具体如下：
2、一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，包括以下步骤：
3、s1、分别配制40-85 wt%的磷酸溶液、10-25 wt%的双氧水溶液、磷盐溶液和亚铁盐溶液，备用；所述磷盐溶液中磷元素的浓度为0.8-1.3 mol/l；所述亚铁盐溶液中铁元素的浓度为0.8-1.3 mol/l；
4、s2、向亚铁盐溶液中直接加入硫酸钛，搅拌均匀，控制溶液ph=2.0-3.0，获得铁钛混合溶液；
5、s3、向磷盐溶液中直接加入氨水，搅拌均匀，控制溶液ph=5.95-6.05，加入双氧水溶液，获得磷氧混合溶液；
6、s4、在持续搅拌条件下，将上述铁钛混合溶液升温至40-60℃，投入磷氧混合溶液，使得全部的亚铁离子逐渐被氧化成三价铁离子，反应30min后获得浆料a；
7、s5、浆料a经初步过滤、洗涤后获得滤饼a；
8、s6、在持续搅拌条件下，向上述滤饼a中添加纯水及磷酸溶液，之后升温至80-100℃，待浆料颜色转变为白色后，保温60-120 min，获得白色的浆料b；
9、s7、浆料b经过滤、洗涤、干燥后获得钛元素掺杂的二水磷酸铁，二水磷酸铁经煅烧处理后，获得高纯高压实密度的无水磷酸铁。
10、而且，步骤s1中，所述磷盐溶液由磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钠的一种或任意组合配制而来。
11、而且，步骤s1中，所述磷盐溶液由磷酸配制而来，添加氨水或液碱将ph值调至4.0-6.0。
12、而且，步骤s1中，所述亚铁盐溶液由硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、铁粉、铁皮的一种或任意组合配制而来。
13、而且，步骤s2中，所述铁钛混合溶液的ph值由硫酸溶液控制。
14、而且，步骤s3中，所述磷盐溶液的ph值由氨水控制；所添加的双氧水与磷盐溶液中磷元素的摩尔比为0.6:1-0.7:1。
15、而且，步骤s4中，所述磷氧混合溶液在50-60 min内投入完成。
16、而且，步骤s4中，所述铁钛混合溶液和磷氧混合溶液中的铁元素与磷元素的摩尔比为1:0.9-1:1.1。
17、而且，步骤s5中，所述浆料a经初步过滤、洗涤后的洗水电导率≤2000 μs/cm。
18、而且，步骤s6中，所述磷酸溶液中的磷元素与浆料a溶液中铁元素的摩尔比应控制为n(p):n(fe)=0.2:1-0.4:1；升温时长为90-110 min。
19、本专利技术能够通过简便的方法制备出具有大小颗粒复配结构的掺钛型磷酸铁材料，对应的磷酸铁锂具有较高的粉末压实密度及电性能，其原理在于：
20、①在湿法反应阶段，采用了亚铁盐和钛盐溶液作为底液、磷盐与双氧水的混合溶液作为投料液的投料方式，使微量钛成功掺杂进入磷酸铁晶格中取代部分fe位，根据金属键理论，钛离子与氧的结合能大于铁离子与氧的结合能，因此钛离子所在的晶胞结合得更紧密，由该晶胞组成的一次粒子尺寸更小，所以钛掺杂会导致磷酸铁一次粒子缩小；
21、②合成磷酸铁的反应为放热反应，在高温下反应速度加快，利于形成小颗粒；
22、③使用ph中和剂使磷盐ph＞6.0，从而使反应过程ph＞1.5，反应溶液过饱和度适中，利于形成较大颗粒；
23、④将得到的磷酸铁制成磷酸铁锂之后，磷酸铁中的钛离子会降低磷酸铁锂晶格中锂离子通过b轴的扩散势垒，从而提高锂离子扩散电导率，提高磷酸铁锂材料电导率。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
25、本专利技术提出了一种利用三价铁溶液芬顿体系合成掺钛型磷酸铁的制备工艺，合成的磷酸铁，形貌紧实致密，一次粒子内部孔道依旧丰富，经过研磨烧结后得到的磷酸铁锂材料既能保证粉末压实密度达到2 .613 g/cc的较高水平，又有一定量的小颗粒提供较好的电性能，0 .1c 放电容量仍能达到156.35 mah/g，1c放电容量达到131.47 mah/g。
26、与其它调控磷酸铁微观形貌的技术相比，本专利技术仅需通过加入微量钛盐、调节磷盐ph，通过常规控制结晶法制备出了具有大小颗粒复配结构的掺钛型磷酸铁材料，避免了通过实时调节中和剂投料速率来维持反应ph导致操作难度大的缺点；避免了水热法高温、高压等苛刻反应条件；避免了在反应体系中添加表面活性剂，减轻了废水处理压力；避免了需要消耗大量中和剂的缺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述磷盐溶液由磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钠的一种或任意组合配制而来。
3.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述磷盐溶液由磷酸配制而来，添加氨水或液碱将pH值调至4.0-6.0。
4.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述亚铁盐溶液由硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、铁粉、铁皮的一种或任意组合配制而来。
5.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述铁钛混合溶液的pH值由硫酸溶液控制。
6.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述磷盐溶液的pH值由氨水控制；所添加的双氧水与磷盐溶液中磷元素的摩尔比为0.6:1-0.7:1。
7.根据
8.根据权利要求7所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述铁钛混合溶液和磷氧混合溶液中的铁元素与磷元素的摩尔比为1:0.9-1:1.1。
9.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S5中，所述浆料A经初步过滤、洗涤后的洗水电导率≤2000 μS/cm。
10.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤S6中，所述磷酸溶液中的磷元素与浆料A溶液中铁元素的摩尔比应控制为n(P):n(Fe)=0.2:1-0.4:1；升温时长为90-110 min。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述磷盐溶液由磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钠的一种或任意组合配制而来。
3.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述磷盐溶液由磷酸配制而来，添加氨水或液碱将ph值调至4.0-6.0。
4.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述亚铁盐溶液由硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、铁粉、铁皮的一种或任意组合配制而来。
5.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述铁钛混合溶液的ph值由硫酸溶液控制。
6.根据权利要求1所述的一种高性能掺钛型磷酸铁的低成本制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯华建，李慧，陈晓琳，
申请(专利权)人：浙江友山新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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