一種高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰的制備方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池加工的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰的制備方法的技術(shù)領(lǐng)域。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類生活水平的提高，各國(guó)對(duì)能源的需求日益增大，而傳統(tǒng)化石能源(煤、石油、天然氣)的減少和地球環(huán)境的日益惡化，成為了人類生存發(fā)展的兩大障礙，尋找新能源，開發(fā)節(jié)能環(huán)保的能源儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換裝置成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)課題之一。電池作為一種化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的器件，是合理利用能源的重要媒介，社會(huì)的進(jìn)步使得開發(fā)綠色、高能、安全的電源成為了一種迫切需求。在眾多的二次電池中，鋰離子二次電池(Lithium-1on battery,簡(jiǎn)稱LIB)自誕生之初便憑借其無法比擬的性能成為了全球廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，它不僅作為電極材料參與電化學(xué)反應(yīng)，而且是鋰離子的提供者。由于正極材料的密度遠(yuǎn)高于負(fù)極材料，因此正極材料比容量對(duì)電池比容量的影響更大，且正極材料約占鋰離子電池成本的40%左右。因此，正極材料的性能和價(jià)格等是制約鋰離子電池進(jìn)一步向高能量、長(zhǎng)壽命和低成本發(fā)展的瓶頸。
[0003]LiMP04(M = Fe、Mn、Co和Ni)系列電極材料屬于聚陰離子型化合物，與普通氧化物電極材料的結(jié)構(gòu)完全不同，因而，具有獨(dú)特的電化學(xué)性能。這類電極材料近年來引起了眾多研究人員的極大興趣，其中，1^?#04是目前的研究熱點(diǎn)之一，它的理論容量約為170mAh/g，但其相對(duì)于Li+/Li的電極電勢(shì)僅為3.4V。LiCoP04和LiNiP04的電壓平臺(tái)分別在4.8和5.1V，超出了現(xiàn)有鋰離子電池電解液能承受的范圍，研究發(fā)現(xiàn)，這些材料中LiMnP04相對(duì)于Li+/Li的電極電勢(shì)為4.1V，適用于現(xiàn)有鋰離子電解液，然而該材料的本征電導(dǎo)率極低，比磷酸鐵鋰還要低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。針對(duì)以上問題，有學(xué)者提出了兼具LiFePOjP LiMnPO 4的LiFea5+xMna5xP04，該種材料具有高克容量和高電壓平臺(tái)，同時(shí)本征電導(dǎo)率也大大高于LiMnP04O鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。LiFea5+xMna5 xP0^aB體中的P_0鍵非常牢固，難以分解，即便在高溫或過充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣發(fā)生晶格崩塌或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。為了迎接綠色出行，國(guó)家大力推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，而電動(dòng)汽車用動(dòng)力鋰離子電池要求兼具高能量密度和高安全性。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰及其制備方法，能夠使磷酸鐵錳鋰材料為正極制成的鋰離子電池兼具高能量密度和高安全性的優(yōu)點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，利于推廣應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰，其化學(xué)分子式為L(zhǎng)iFe0 5+χΜη0 5 ΧΡ04，0.1 < χ < 0.4。
[0006]本發(fā)明一種高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰的制備方法，其制備方法依次包括以下步驟:
[0007]步驟一:生料混合:將鋰鹽、鐵鹽、錳鹽、含磷化合物、碳源按1-1.1:0.5-0.9:0.1-0.5:1:0.03-0.1的摩爾比稱取，并采用行星式球磨機(jī)碾磨混合，得到前驅(qū)體；
[0008]步驟二:壓片，燒結(jié):使用壓片機(jī)對(duì)步驟一制備的前驅(qū)體進(jìn)行壓制，將壓制好的前驅(qū)體于混有微量氫氣的氬氣環(huán)境中進(jìn)行一次低溫200-350°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)3-5h ;
[0009]步驟三:二次壓片，燒結(jié):將步驟二制備的一次燒結(jié)的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時(shí)摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機(jī)進(jìn)行濕法混合分散，然后進(jìn)行噴霧干燥，對(duì)得到的粉體進(jìn)行壓片和二次中溫450-600°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)3-5h ;
[0010]步驟四:對(duì)步驟三中制備的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進(jìn)行壓片，進(jìn)行最后一次高溫700-900 °C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)6-10h ;
[0011]步驟五:將高溫?zé)Y(jié)的產(chǎn)品進(jìn)行粉碎處理，得到一定細(xì)度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產(chǎn)品。
[0012]此方法中，制備過程包括以下步驟:將鋰鹽、鐵鹽、錳鹽、含磷化合物、碳源按
1.1:0.8:0.2:1:0.06的摩爾比稱取，并采用行星式球磨機(jī)碾磨混合，得到前驅(qū)體；使用壓片機(jī)對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行壓制，將壓制好的前驅(qū)體于混有微量氫氣的氬氣環(huán)境中進(jìn)行一次低溫250°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)5h ;將一次燒結(jié)的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時(shí)摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機(jī)進(jìn)行濕法混合分散，然后進(jìn)行噴霧干燥，對(duì)得到的粉體進(jìn)行壓片和二次中溫500°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)5h ;對(duì)磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進(jìn)行壓片，進(jìn)行最后一次高溫800°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)8h ;將高溫?zé)Y(jié)的產(chǎn)品進(jìn)行粉碎處理，得到一定細(xì)度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產(chǎn)品。
[0013]此方法中，制備過程包括以下步驟:將鋰鹽、鐵鹽、錳鹽、含磷化合物、碳源按1:0.6:0.4:1:0.03的摩爾比稱取，并采用行星式球磨機(jī)碾磨混合，得到前驅(qū)體；使用壓片機(jī)對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行壓制，將壓制好的前驅(qū)體于混有微量氫氣的氬氣環(huán)境中進(jìn)行一次低溫200°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)5h ;將一次燒結(jié)的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時(shí)摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機(jī)進(jìn)行濕法混合分散，然后進(jìn)行噴霧干燥，對(duì)得到的粉體進(jìn)行壓片和二次中溫450°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)4h ;對(duì)磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進(jìn)行壓片，進(jìn)行最后一次高溫800°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)7h ;將高溫?zé)Y(jié)的產(chǎn)品進(jìn)行粉碎處理，得到一定細(xì)度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產(chǎn)品。
[0014]此方法中，制備過程包括以下步驟:將鋰鹽、鐵鹽、錳鹽、含磷化合物、碳源按
1.1:0.9:0.1:1:0.1的摩爾比稱取，并采用行星式球磨機(jī)碾磨混合，得到前驅(qū)體；使用壓片機(jī)對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行壓制，將壓制好的前驅(qū)體于混有微量氫氣的氬氣環(huán)境中進(jìn)行一次低溫350°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)5h ;將一次燒結(jié)的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時(shí)摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機(jī)進(jìn)行濕法混合分散，然后進(jìn)行噴霧干燥，對(duì)得到的粉體進(jìn)行壓片和二次中溫600°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)5h ;對(duì)磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進(jìn)行壓片，進(jìn)行最后一次高溫900°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)10h ;將高溫?zé)Y(jié)的產(chǎn)品進(jìn)行粉碎處理，得到一定細(xì)度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產(chǎn)品。
[0015]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明能夠使磷酸鐵錳鋰材料為正極制成的鋰離子電池兼具高能量密度和高安全性的優(yōu)點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，利于推廣應(yīng)用。
[0016]本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。 【【具體實(shí)施方式】】
[0017]本發(fā)明一種高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰，其化學(xué)分子式為L(zhǎng)iFea5+xM%5 XP04，0.1 ^ x ^ 0.4o
[0018]本發(fā)明一種高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰的制備方法，其制備方法依次包括以下步驟:
[0019]步驟一:生料混合:將鋰鹽、鐵鹽、錳鹽、含磷化合物、碳源按1-1.1:0.5-0.9:0.1-0.5:1:0.03-0.1的摩爾比稱取，并采用行星式球磨機(jī)碾磨混合，得到前驅(qū)體；
[0020]步驟二:壓片，燒結(jié):使用壓片機(jī)對(duì)步驟一制備的前驅(qū)體進(jìn)行壓制，將壓制好的前驅(qū)體于混有微量氫氣的氬氣環(huán)境中進(jìn)行一次低溫200-350°C燒結(jié)，持續(xù)燒結(jié)3-5h ;
[0021]步驟三:二次壓片，燒結(jié):