專利名稱：一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
自1997年首次報(bào)道橄欖石磷酸亞鐵具有可逆脫嵌鋰功能以來，橄欖石型磷酸鹽類嵌鋰材料LiMPO4 (M=Mn, Fe, Co, Li)因其較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，作為一種新型的鋰離子電池陰極材料，LiMPO4同系物特別是LiFePO4得到了廣泛關(guān)注和深入研究。在動力電池領(lǐng)域，對電池材料有非?？量痰囊?，第一個(gè)就是安全性，由于LiFeMO4本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,在高溫下不釋放氧氣，徹底杜絕了傳統(tǒng)正極材料所帶來的安全性問題，提高了動力電池的安全性；其次是優(yōu)良的電化學(xué)性能，而且材料通過碳包覆和金屬離子摻雜后具有優(yōu)異的倍率特性，由于磷酸根良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，理論上可以做到2000次的循環(huán)壽命，特別適合各種大功率電器用電池及汽車等動力電池，目前磷酸鹽材料被公認(rèn)為是最適合做動力電池材料的首選 材料。目前低成本磷酸鐵鋰(LiFePO4)的合成主要采用氧化鐵的工藝路線，其采用氧化鐵、磷酸二氫鋰和碳源作為原材料，而磷酸二氫鋰對磷酸鐵鋰的合成至關(guān)重要，鋰磷比是最重要的一個(gè)指標(biāo)。目前磷酸二氫鋰采用結(jié)晶法制備，其工藝過程如下將氫氧化鋰或者碳酸鋰加入到稀釋的磷酸溶液中，在常壓下煮沸30分鐘除去溶液中的二氧化碳，然后補(bǔ)加適量的磷酸將溶液的PH值調(diào)至I 3，用活性炭吸附溶液中的有機(jī)物后過濾得到磷酸二氫鋰溶液，利用蒸汽加熱將磷酸二氫鋰的濃度濃縮至400 800g/l，然后通過冷卻水冷卻使溶液降至30 40°C，將其脫水得到磷酸二氫鋰粗產(chǎn)品，再加入磷酸二氫鋰飽和溶液洗滌，然后脫水，反復(fù)2 6次；最后將磷酸二氫鋰在80 120°C進(jìn)行干燥得到高純磷酸二氫鋰。上述制備方法存在的缺點(diǎn)是生產(chǎn)過程繁瑣；反應(yīng)過程中溫度高、酸性強(qiáng)、對設(shè)備有很大的腐蝕性；同時(shí)為了洗掉磷酸二氫鋰中的雜質(zhì)，需要耗費(fèi)大量的水資源，產(chǎn)生大量的廢液，對環(huán)境污染嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)條件溫和、設(shè)備可靠性好、無廢液污染的電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。所述的電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟將鋰源和磷源加入到去離子水中進(jìn)行充分混合研磨2 8小時(shí)，所述鋰源和磷源的摩爾比為(O. 97 I. 03)(O. 97 I. 03);然后進(jìn)行噴霧干燥得到球形磷酸鋰復(fù)合物前驅(qū)物；接著將球形磷酸鋰復(fù)合物前驅(qū)物在空氣或氧氣氣氛下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為500 700°C，燒結(jié)4 16小時(shí)后得到電池級磷酸鋰復(fù)合材料；所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰中的一種或幾種；所述磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種或幾種。
進(jìn)一步的，前述的一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其中，所述去離子水的用量為鋰源和磷源總重量的40% 150%。進(jìn)一步的，前述的一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其中，控制噴霧干燥過程中的進(jìn)口溫度為200 350°C，出口溫度為100 150°C，霧化盤轉(zhuǎn)速為6000 20000轉(zhuǎn)/分。進(jìn)一步的，前述的一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其中，高溫?zé)Y(jié)過程中所用空氣或氧氣的進(jìn)氣量為10 30立方米/小時(shí)。本發(fā)明的有益效果采用高溫固相法合成，與傳統(tǒng)結(jié)晶法制備磷酸二氫鋰的方法相比，本發(fā)明所述方法的反應(yīng)條件溫和，不需要高酸性環(huán)境，設(shè)備可靠性好；而且無廢液產(chǎn)生，對環(huán)境無污染，制備的材料具有球形度好和振實(shí)密度高的優(yōu)點(diǎn)，滿足低成本高品質(zhì)磷酸鐵鋰的原料需求，有助于提高磷酸鐵鋰材料在電動車、電動工具、汽車42V電池、光伏儲能
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I。取41. 87g碳酸鋰(純度99. 5%)，129. 07g磷酸二氫銨(化學(xué)純)(鋰源和磷源的摩爾比值約為I. 025:1 )，用70ml去離子水作為溶劑將碳酸鋰和磷酸二氫銨均勻分散研磨8小時(shí)后進(jìn)行噴霧干燥；設(shè)定噴霧干燥參數(shù)，進(jìn)口溫度350°C，出口溫度130°C，霧化盤轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在氧氣中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，控制氧氣流量為10立方米/小時(shí)，燒結(jié)溫度700°C，燒結(jié)6小時(shí)后得到電池級磷酸鋰復(fù)合材料。實(shí)施例2。取47. 31g氫氧化鋰(純度99.0%)，148. IOg磷酸氫二銨(化學(xué)純)(鋰源和磷源的摩爾比值約為I. 025:1),用290ml去離子水作為溶劑將氫氧化鋰和磷酸氫二銨均勻分散研磨2小時(shí)后進(jìn)行噴霧干燥；設(shè)定噴霧干燥參數(shù)，進(jìn)口溫度300°C，出口溫度120°C，霧化盤轉(zhuǎn)速20000轉(zhuǎn)/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，控制空氣流量為25立方米/小時(shí),燒結(jié)溫度為500°C，燒結(jié)16小時(shí)后得到電池級磷酸鋰復(fù)合材料。實(shí)施例3。取19. 91g碳酸鋰(純度99. 5%)，22. 51g氫氧化鋰(純度99. 0%)，167. OOg磷酸銨(化學(xué)純)(鋰源和磷源的摩爾比值約為O. 975:1)，用300ml去離子水作為溶劑將碳酸鋰、氫氧化鋰、以及磷酸銨均勻分散研磨4小時(shí)后進(jìn)行噴霧干燥；設(shè)定噴霧干燥參數(shù)，進(jìn)口溫度2000C，出口溫度100°C，霧化盤轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在氧氣中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，控制氧氣流量為15立方米/小時(shí)，燒結(jié)溫度為650°C，燒結(jié)10小時(shí)后得到電池級磷酸鋰復(fù)合材料。實(shí)施例4。取112. 22g醋酸鋰(分析純)，65· 50g磷酸二氫銨(化學(xué)純)，65. OOg工業(yè)磷酸(85%質(zhì)量濃度)(鋰源和磷源的摩爾比值約為1:1)，用200ml去離子水作為溶劑將醋酸鋰、磷酸二氫銨、以及工業(yè)磷酸均勻分散研磨6小時(shí)后進(jìn)行噴霧干燥；設(shè)定噴霧干燥參數(shù)，進(jìn)口溫度3000C，出口溫度120°C，霧化盤轉(zhuǎn)速12000轉(zhuǎn)/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，控制空氣流量為20立方米/小時(shí)，燒結(jié)溫度為600°C，燒結(jié)12小時(shí)后得到電池級磷酸鋰復(fù)合材料。以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制 。凡采用同等變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟將鋰源和磷源加入到去離子水中進(jìn)行充分混合研磨2 8小時(shí)，所述鋰源和磷源的摩爾比為(O. 97 I.03) : (O. 97 I. 03);然后進(jìn)行噴霧干燥得到球形磷酸鋰復(fù)合物前驅(qū)物；接著將球形磷酸鋰復(fù)合物前驅(qū)物在空氣或氧氣氣氛下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為500 70(TC，燒結(jié)4 16小時(shí)后得到電池級磷酸鋰復(fù)合材料；所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰中的一種或幾種；所述磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述去尚子水的用量為鋰源和磷源總重量的40% 150%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于控制噴霧干燥過程中的進(jìn)口溫度為200 350°C，出口溫度為100 150°C，霧化盤轉(zhuǎn)速為6000 20000 轉(zhuǎn) / 分。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于高溫?zé)Y(jié)過程中所用空氣或氧氣的進(jìn)氣量為10 30立方米/小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池級磷酸鋰復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟將鋰源和磷源加入到去離子水中進(jìn)行充分混合研磨2～8小時(shí)，所述鋰源和磷源的摩爾比為(0.97～1.03)∶(0.97～1.03)；然后進(jìn)行噴霧干燥得到球形磷酸鋰復(fù)合物前驅(qū)物；接著將球形磷酸鋰復(fù)合物前驅(qū)物在空氣或氧氣氣氛下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為500～700℃，燒結(jié)4～16小時(shí)后得到電池級磷酸鋰復(fù)合材料；所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰中的一種或幾種；所述磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種或幾種。本發(fā)明所述的制備方法反應(yīng)條件溫和、設(shè)備可靠性好、無廢液污染。
文檔編號H01M4/58GK102881900SQ20121036221
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者蔣華鋒, 駱宏鈞 申請人:江蘇國泰鋰寶新材料有限公司