一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法与流程

本发明涉及磷酸铁锂合成，具体涉及一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法。

背景技术：

1、21世纪以来，锂离子电池展现出了广阔的运用前景和潜在的价值，使其成为近年来研究的热点，在锂离子电池的正负极之间，锂离子能够自由地脱出和嵌入，即锂离子电池又被称之为摇椅电池；

2、锂离子电池常见的正极材料包括层状结构正极材料limo2、尖晶石结构正极材料limn2o4和橄榄石结构正极材料lifepo4，其中，磷酸铁锂的电化学性能稳定，当温度升高表现出良好的热稳定性，适合工作的温度范围较宽，在地壳中铁资源也非常丰富；但是，从结构角度分析，磷酸铁锂是由feo6八面体、lio6八面体和po4四面体组成的骨架，虽po4四面为磷酸铁锂提供了稳定的结构，但是也在很大程度上限制了li+的移动空间，在理论上，磷酸铁锂存在[001]和[010]两个方向的扩散通道，而由于li+的择优扩散现象使得li+只能沿着[010]方向的扩散通道扩散，导致磷酸铁锂的li+扩散速率远远低于室温其他阴极材料。

3、因此，如何提高以碳酸锂为原料制备的磷酸铁锂的li+扩散速率、电子导电能力和电化学性能是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，是采用低成本碳酸锂作为锂源，表面包覆均匀分散金属氧化物的水凝胶薄膜，从而加工得到一种能够在中低温条件下均具有良好电导率的磷酸铁锂。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，包括以下步骤：

3、s1、将碳酸锂、磷酸、氯化铁、去离子水和抗坏血酸混合、加入到球磨罐中进行球磨，得到料浆；料浆过滤，得到滤渣；所述滤渣在反应釜中反应，后冷却至室温，采用去离子水洗涤至滤渣的ph值为中性；再将滤渣转移至马弗炉中高温煅烧，得到前驱体；

4、s2、将前驱体和复配包覆材料混合，加入无水乙醇作为溶剂，在80℃下搅拌直至溶剂完全蒸发；后在氩气气氛下，高温煅烧，得到磷酸铁锂。

5、本发明是采用水热法制备表面包覆复配包覆材料的磷酸铁锂。其中，以碳酸锂作为li源、氯化亚铁作为fe源、磷酸作为p源；为了防止制备磷酸铁前驱体过程中，发生二价铁的氧化，添加坏血酸作为还原剂；在球磨过程中，以无机溶剂乙醇作为球磨介质。

6、进一步地，所述碳酸锂、磷酸、氯化亚铁、去离子水和抗坏血酸的用量比为1.05-1.2:1:1:5-10:0.1-0.2。

7、进一步地，滤渣在反应釜中的反应温度为150-180℃、反应时长为5-10h；高温煅烧的温度为600-700℃、高温煅烧的时长为60-100min。

8、进一步地，所述复配包覆材料的制备方法，包括以下步骤：

9、a1、称取一定量的聚氧化乙烯粉末，加入去离子水，配制得到3-5％wt的聚氧化乙烯溶液；聚氧化乙烯溶液和海藻酸钠粉末混合均匀、反应，得到混合液；混合液抽滤、使用乙醇洗涤、通风干燥，得到聚氧化乙烯/海藻酸钠凝胶；

10、a2、将氧化钛、氧化锆和氧化锑混合、采用微型球磨机进行球磨，得到混合无机金属氧化物；

11、a3、混合无机金属氧化物超声分散在聚氧化乙烯/海藻酸钠凝胶中，得到复配包覆材料。

12、进一步地，所述聚氧化乙烯粉末和海酸钠粉末的用量比为5-10g:3g；反应的温度为50-60℃、反应的时长为50-60min。

13、进一步地，氧化钛、氧化锆和氧化锑的用量比为1:1:1；混合无机金属氧化物的粒径为5-10um。

14、进一步地，混合无机金属氧化物和聚氧化乙烯/海藻酸钠凝胶的用量比为1：5-10；超声功率为200-300w、超声时长为1-2h。

15、进一步地，前驱体和复配包覆材料的用量比为100-200g:30g高温煅烧的时长为60-100min、高温煅烧的温度为700-800℃。

16、本发明是具备下述的有益效果：

17、1、本发明是采用碳酸锂作为制备磷酸铁锂的原材料；在合成磷酸铁锂的加工工艺中，li:fe的摩尔配比对磷酸铁锂材料的一次颗粒形貌、粒度和电化学性能具有明显的影响，li元素含量的增加有助于细化晶粒，但过量的li元素则会导致非活性的磷酸锂杂相的生成，li:fe的摩尔配比优化为1.05-1.20:1的范围时，能够显著的提高磷酸铁锂材料的倍率放电性能。

18、2、磷酸铁锂正极材料表面包覆无机金属氧化物，能够极大地改善颗粒间的电导率，而微米级粒径的无机金属氧化物则会进一步增强电导率；但是，微米级的无机金属氧化物容易产生团聚，不能够均匀的包覆在磷酸铁锂表面，将无机金属氧化物均匀分散在聚氧化乙烯/海藻酸钠内，聚氧化乙烯/海藻酸钠的三维网络结构可以为自由离子的迁徙提供通道，进而使得自由离子在其内部传输，最终能够在凝胶网络中形成电子传输通道，有助于和各类无机金属氧化物复配，从而使得无机金属氧化物能够均匀复配在其表面。

19、3、本发明还采用聚氧化乙烯和海藻酸钠作为碳源；聚氧化乙烯能够以笼囚效应有效地溶解阳离子，从而使得聚氧化乙烯能够和锂盐形成络合物，氧化钛、氧化锆和氧化锑的空缺轨道可以与聚氧化乙烯链上的氧形成配位结构，聚氧化乙烯可以和碱金属盐进行很好的复配，具有优异的金属盐溶解能力，通过涂敷无机金属氧化物和聚氧化乙烯/海藻酸钠凝胶，提高磷酸铁锂材料的电导率和粒子扩散速率，从而使得磷酸铁锂材料在低温条件下具有更低的电荷转移电阻和更高的锂扩散速率，进而提高了磷酸铁锂在低温下的电化学性能。

技术特征：

1.一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，s1中，所述碳酸锂、磷酸、氯化亚铁、去离子水和抗坏血酸的用量比为1.05-1.2:1:1:5-10:0.1-0.2。

3.根据权利要求1所述的一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，滤渣在反应釜中的反应温度为150-180℃、反应时长为5-10h；高温煅烧的温度为600-700℃、高温煅烧的时长为60-100min。

4.根据权利要求1所述的一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，所述复配包覆材料的制备方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，

7.根据权利要求4所述的一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，其特征在于，s2中，前驱体和复配包覆材料的用量比为100-200g:30g高温煅烧的时长为60-100min、高温煅烧的温度为700-800℃。

技术总结
本发明公开了一种碳酸锂制备磷酸铁锂的加工方法，属于正极材料加工技术领域，用于解决现有技术中采用碳酸锂制备的磷酸铁锂存在Li+扩散速率慢、电子电导率低和电化学性能差的弊端，在低温环境下电化学性能不佳的问题；本发明是将聚氧化乙烯和海藻酸钠复合，得到水凝胶薄膜，再将金属氧化物均匀分散在水凝胶薄膜表面，作为磷酸铁锂正极材料的包覆材料，使得磷酸铁锂在表面包覆碳源和导电金属，以提高自身的电导率。

技术研发人员：秦俊,乔自鹏,马守肖,姚送送
受保护的技术使用者：安徽南都华铂新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13