一種立式磁紅外高壓一體爐制備磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域中電池正極材料的制備方法，尤其涉及一種立式磁紅外高壓一體爐制備磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]正極材料作為鋰離子電池的核心組成部分，它的性能的提升將很大程度上決定了整個鋰離子電池性能的提升，其成本的大幅度降低也將會直接導(dǎo)致鋰離子電池成本大幅降低。不過磷酸鐵鋰(LiFeP04)也有其缺點:一是電池的體積與質(zhì)量能量密度都不高，這和其低的工作電壓有關(guān)系;二是雖然其原材料價格低，但是苛刻的合成條件導(dǎo)致成品價格很高。與此相反，磷酸錳鋰(LiMnPOD不僅原材料成本低，對合成條件也要求不高，而且其4.1 V的工作電壓十分接近目前商業(yè)化鈷酸鋰(LiCo02)的。但是純LiMnP04導(dǎo)電率低于10—1()S/cm，遠低于LiFeP04，LiFexMm-xP04(磷酸鐵錳鋰)正極材料很大程度解決了上述問題。
[0003]液相合成方法中，磷酸鐵錳鋰合成比較復(fù)雜，需要前驅(qū)體制備設(shè)備以及燒結(jié)設(shè)備，導(dǎo)致成本提高。本發(fā)明在液相合成法基礎(chǔ)上簡化了合成工藝，即液相前驅(qū)體與固相成品單一設(shè)備中連續(xù)獲得，增強設(shè)備效用，一定程度上提高了磷酸鐵錳鋰正極材料的電化學(xué)性能，放電比容量0.2C下可達152mAh/g。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是簡化磷酸鐵錳鋰合成工藝，提高磷酸鐵錳鋰的電化學(xué)性能。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
一種立式磁紅外高壓一體爐制備磷酸鐵錳鋰正極材料的合成方法，其特征是，合成工
-H-* Μ—
乙為:
(1)前驅(qū)體制備
按鋰源、磷源、鐵源、猛源摩爾比1.0-1.1:1:χ: 1-Χ，0〈Χ〈1，碳源占總質(zhì)量的8-15%，配置鋰源、磷源、鐵源、錳源以及碳源水溶液，從立式磁紅外高壓一體爐進氣口加入到立式磁紅外高壓一體爐中；
在前驅(qū)體制備過程中，在保護氣氛圍下，過紅外燈控制前驅(qū)體反應(yīng)溫度30-90°C，通過壓力控制器控制反應(yīng)壓力在0.01-0.1MPa，通過磁場控制立式磁紅外高壓一體爐磁感線圈，從而控制立式磁紅外高壓一體爐旋轉(zhuǎn)速度為450-550r/min，進而對物料進行混勾；
鋰源、磷源、鐵源、錳源以及碳源溶液在立式磁紅外高壓一體爐中保壓反應(yīng)6-12h后，調(diào)節(jié)紅外線控制器、壓力控制器，除去溶劑，從而獲得干燥的磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體材料；
(2)成品燒結(jié)
上述獲得的干燥的磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體材料繼續(xù)儲存在立式磁紅外高壓一體爐中，在保護氣氛圍下，通過磁場控制磁感線圈，控制立式磁紅外高壓一體爐維持一定轉(zhuǎn)速為200r/min，調(diào)節(jié)壓力控制器，使立式磁紅外高壓一體爐內(nèi)壓力為5-20MPa，調(diào)節(jié)紅外線控制器，使設(shè)備內(nèi)燒結(jié)溫度維持在400-600°C ；
干燥的磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體材料在立式磁紅外高壓一體爐中保壓反應(yīng)5_12h后;從立式磁紅外高壓一體爐下端出料口放出合成的磷酸鐵錳鋰正極材料；
所得磷酸鐵錳鋰正極材料經(jīng)研磨過篩后，得磷酸鐵錳鋰LiFexMm-xP04/C成品。
[0006]所述的磷酸鐵錳鋰正極材料的化學(xué)通式為LiFexMm-xP04/C，0〈x〈l。
[0007]步驟(1)所述的鋰源、磷源、鐵源、錳源摩爾比優(yōu)選為1.05-1.l:l:x:l-x,0.5^x^0.625ο
[0008]所述的立式磁紅外高壓一體爐包括1.物料儲存器、2.壓力控制器、3.紅外燈控制器、4.進氣口、5.出氣口、6.出料口、7.紅外燈、8.電磁場、9.磁感線圈、10.起料器、11.隔板、12.保溫層。
[0009]步驟(1)所述所述鋰源為醋酸鋰、氫氧化鋰中的一種，磷源為磷酸二氫銨和磷酸氫二銨中的一種;錳源為乙酸氬錳;碳源為葡萄糖、蔗糖和聚乙二醇中的一種或兩種。
[0010]步驟(1)所述反應(yīng)溫度優(yōu)選為為60-90°C，壓力控制優(yōu)選為為0.05-0.05MPa，保壓時間優(yōu)選為8-12h。
[0011]步驟(2)所述燒結(jié)溫度優(yōu)選為為500-600°C，壓力控制優(yōu)選為為10-15MPa，保壓時間優(yōu)選為8-12h。
[0012]步驟(2)所述保護氣為氮氣。
[0013]本發(fā)明方法合成的磷酸鐵錳鋰正極材料，電化學(xué)性能優(yōu)異，同時本發(fā)明工藝簡單，合成時間短，效率高，成本低廉，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明采用前驅(qū)體制備與成品合成在同一設(shè)備中一體化合成，簡化磷酸鐵錳鋰合成工藝，提高了磷酸鐵錳鋰正極材料的電化學(xué)性會泛。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例1制得的LiFe0.sMn0.5PO4/C的0.2C首次放電曲線；
圖2是本發(fā)明所用立式磁紅外高壓一體爐圖；
圖3是本發(fā)明所用立式磁紅外高壓一體爐圖剖面圖；
圖2、圖3中:1.物料儲存器、2壓力控制器、3紅外燈控制器、4進氣口、5出氣口、6出料口、7紅外燈、8電磁場、9磁感線圈、10起料器、11隔板、12保溫層。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
(1)前驅(qū)體制備
按鋰元素、磷元素、鐵元素、錳元素的摩爾比1.1:1:0.5:0.5，稱取氫氧化鋰、磷酸二氫銨、磷酸鐵、乙酸氬錳，15%葡萄糖，配置2mol/L鋰源、磷源、鐵源、錳源以及碳源溶液，從立式磁紅外高壓一體爐進氣口加入到立式磁紅外高壓一體爐中；其次，在前驅(qū)體制備過程中，氮氣氛圍下，通過紅外燈控制前驅(qū)體反應(yīng)溫度90°C，通過壓力控制器控制反應(yīng)壓力在0.05MPa，通過磁場控制特制設(shè)備磁感線圈，從而控制立式磁紅外高壓一體爐旋轉(zhuǎn)速度450r/min，進而對物料進行混勻；最后，鋰源、磷源、鐵源、錳源以及碳源溶液在立式磁紅外高壓一體爐中保壓反應(yīng)8h后，調(diào)節(jié)紅外線控制器、壓力控制器，除去水分，從而獲得干燥的磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體材料；
(2)成品燒結(jié)
上述獲得的干燥的磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體材料繼續(xù)儲存在立式磁紅外高壓一體爐中，氮氣氛圍下，通過磁場控制磁感線圈，控制立式磁紅外高壓一體爐維持一定轉(zhuǎn)速200r/min，調(diào)節(jié)壓力控制器，使立式磁紅外高壓一體爐內(nèi)壓力為lOMPa，調(diào)節(jié)紅外線控制器，使設(shè)備內(nèi)溫度維持在500°C;其次，干燥的磷酸鐵錳鋰前驅(qū)體材料在立式磁紅外高壓一體爐中反應(yīng)12h后；從立式磁紅外高壓一體爐下端出料口放出合成的磷酸鐵錳鋰正極材料;最后，所得磷酸鐵錳鋰正極材料經(jīng)研缽研磨過325目篩后，得磷酸鐵錳鋰LiFe