一種高壓實磷酸鐵錳鋰的制備方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋰離子電池加工的技術領域，特別是一種高壓實磷酸鐵錳鋰的制備方法的技術領域。
【【背景技術】】
[0002]隨著社會經濟的發展和人類生活水平的提高，各國對能源的需求日益增大，而傳統化石能源(煤、石油、天然氣)的減少和地球環境的日益惡化，成為了人類生存發展的兩大障礙，尋找新能源，開發節能環保的能源儲存轉換裝置成為各國研究的熱點課題之一。電池作為一種化學能和電能相互轉化的器件，是合理利用能源的重要媒介，社會的進步使得開發綠色、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注的焦點。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反應，而且是鋰離子的提供者。由于正極材料的密度遠高于負極材料，因此正極材料比容量對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格等是制約鋰離子電池進一步向高能量、長壽命和低成本發展的瓶頸。
[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構完全不同，因而，具有獨特的電化學性能。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是目前的研究熱點之一，它的理論容量約為170mAh/g，但其相對于Li+/Li的電極電勢僅為3.4V。LiCoP04和LiNiP04的電壓平臺分別在4.8和5.1V，超出了現有鋰離子電池電解液能承受的范圍，研究發現，這些材料中LiMnP04相對于Li+/Li的電極電勢為4.1V，適用于現有鋰離子電解液，然而該材料的本征電導率極低，比磷酸鐵鋰還要低2-3個數量級。針對以上問題，有學者提出了兼具LiFePOjP LiMnPO 4的LiFea5+xMna5xP04，該種材料具有高克容量和高電壓平臺，同時本征電導率也大大高于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也不會像鈷酸鋰一樣發生晶格崩塌或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性。為了迎接綠色出行，國家大力推動電動汽車的發展，而電動汽車用動力鋰離子電池要求兼具高能量密度和高安全性。
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【發明內容】
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[0004]本發明的目的就是解決現有技術中的問題，提出一種高壓實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點，使用壽命長，利于推廣應用。
[0005]為實現上述目的，本發明提出了一種高壓實磷酸鐵錳鋰，其化學分子式為LiFe0 5+χΜη0 5 ΧΡ04，0.1 < χ < 0.4。
[0006]本發明一種高壓實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碾磨混合，得到前驅體；
[0008]步驟二:壓片，燒結:使用壓片機對步驟一制備的前驅體進行壓制，將壓制好的前驅體于混有微量氫氣的氬氣環境中進行一次低溫200-350°C燒結，持續燒結3-5h ;
[0009]步驟三:二次壓片，燒結:將步驟二制備的一次燒結的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機進行濕法混合分散，然后進行噴霧干燥，對得到的粉體進行壓片和二次中溫450-600°C燒結，持續燒結3-5h ;
[0010]步驟四:對步驟三中制備的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進行壓片，進行最后一次高溫700-900 °C燒結，持續燒結6-10h ;
[0011]步驟五:將高溫燒結的產品進行粉碎處理，得到一定細度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產品。
[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碾磨混合，得到前驅體；使用壓片機對前驅體進行壓制，將壓制好的前驅體于混有微量氫氣的氬氣環境中進行一次低溫250°C燒結，持續燒結5h ;將一次燒結的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機進行濕法混合分散，然后進行噴霧干燥，對得到的粉體進行壓片和二次中溫500°C燒結，持續燒結5h ;對磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進行壓片，進行最后一次高溫800°C燒結，持續燒結8h ;將高溫燒結的產品進行粉碎處理，得到一定細度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產品。
[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碾磨混合，得到前驅體；使用壓片機對前驅體進行壓制，將壓制好的前驅體于混有微量氫氣的氬氣環境中進行一次低溫200°C燒結，持續燒結5h ;將一次燒結的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機進行濕法混合分散，然后進行噴霧干燥，對得到的粉體進行壓片和二次中溫450°C燒結，持續燒結4h ;對磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進行壓片，進行最后一次高溫800°C燒結，持續燒結7h ;將高溫燒結的產品進行粉碎處理，得到一定細度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產品。
[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碾磨混合，得到前驅體；使用壓片機對前驅體進行壓制，將壓制好的前驅體于混有微量氫氣的氬氣環境中進行一次低溫350°C燒結，持續燒結5h ;將一次燒結的磷酸鐵錳鋰半成品粉碎，同時摻入一定比例的摻雜添加劑和溶劑，倒入砂磨機進行濕法混合分散，然后進行噴霧干燥，對得到的粉體進行壓片和二次中溫600°C燒結，持續燒結5h ;對磷酸鐵錳鋰半成品粉碎處理，再次進行壓片，進行最后一次高溫900°C燒結，持續燒結10h ;將高溫燒結的產品進行粉碎處理，得到一定細度的磷酸鐵錳鋰材料，最后過篩、除鐵即可得到最終產品。
[0015]本發明的有益效果:本發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點，使用壽命長，利于推廣應用。
[0016]本發明的特征及優點將通過實施例進行詳細說明。 【【具體實施方式】】
[0017]本發明一種高壓實磷酸鐵錳鋰，其化學分子式為LiFea5+xM%5 XP04，0.1 ^ x ^ 0.4o
[0018]本發明一種高壓實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碾磨混合，得到前驅體；
[0020]步驟二:壓片，燒結:使用壓片機對步驟一制備的前驅體進行壓制，將壓制好的前驅體于混有微量氫氣的氬氣環境中進行一次低溫200-350°C燒結，持續燒結3-5h ;
[0021]步驟三:二次壓片，燒結: