專利名稱：一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磷酸鋰復合材料的制備方法。
背景技術：
自1997年首次報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)因其較高的結構穩(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得到了廣泛關注和深入研究。在動力電池領域，對電池材料有非?？量痰囊?，第一個就是安全性，由于LiFeMO4本身結構的穩(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構穩(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重要，鋰磷比是最重要的一個指標。目前磷酸二氫鋰采用結晶法制備，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，然后補加適量的磷酸將溶液的PH值調至I 3，用活性炭吸附溶液中的有機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2 6次；最后將磷酸二氫鋰在80 120°C進行干燥得到高純磷酸二氫鋰。上述制備方法存在的缺點是生產(chǎn)過程繁瑣；反應過程中溫度高、酸性強、對設備有很大的腐蝕性；同時為了洗掉磷酸二氫鋰中的雜質，需要耗費大量的水資源，產(chǎn)生大量的廢液，對環(huán)境污染嚴重。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種反應條件溫和、設備可靠性好、無廢液污染的電池級磷酸鋰復合材料的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案。所述的電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟將鋰源和磷源加入到去離子水中進行充分混合研磨2 8小時，所述鋰源和磷源的摩爾比為(O. 97 I. 03)(O. 97 I. 03);然后進行噴霧干燥得到球形磷酸鋰復合物前驅物；接著將球形磷酸鋰復合物前驅物在空氣或氧氣氣氛下進行高溫燒結，燒結溫度為500 700°C，燒結4 16小時后得到電池級磷酸鋰復合材料；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。
進一步的，前述的一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，其中，所述去離子水的用量為鋰源和磷源總重量的40% 150%。進一步的，前述的一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，其中，控制噴霧干燥過程中的進口溫度為200 350°C，出口溫度為100 150°C，霧化盤轉速為6000 20000轉/分。進一步的，前述的一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，其中，高溫燒結過程中所用空氣或氧氣的進氣量為10 30立方米/小時。本發(fā)明的有益效果采用高溫固相法合成，與傳統(tǒng)結晶法制備磷酸二氫鋰的方法相比，本發(fā)明所述方法的反應條件溫和，不需要高酸性環(huán)境，設備可靠性好；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密度高的優(yōu)點，滿足低成本高品質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
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例I。取41. 87g碳酸鋰(純度99. 5%)，129. 07g磷酸二氫銨(化學純)(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小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數(shù)，進口溫度350°C，出口溫度130°C，霧化盤轉速10000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在氧氣中進行高溫燒結，控制氧氣流量為10立方米/小時，燒結溫度700°C，燒結6小時后得到電池級磷酸鋰復合材料。實施例2。取47. 31g氫氧化鋰(純度99.0%)，148. IOg磷酸氫二銨(化學純)(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小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數(shù)，進口溫度300°C，出口溫度120°C，霧化盤轉速20000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進行高溫燒結，控制空氣流量為25立方米/小時,燒結溫度為500°C，燒結16小時后得到電池級磷酸鋰復合材料。實施例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小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數(shù)，進口溫度2000C，出口溫度100°C，霧化盤轉速8000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在氧氣中進行高溫燒結，控制氧氣流量為15立方米/小時，燒結溫度為650°C，燒結10小時后得到電池級磷酸鋰復合材料。實施例4。取112. 22g醋酸鋰(分析純)，65· 50g磷酸二氫銨(化學純)，65. OOg工業(yè)磷酸(85%質量濃度)(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小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數(shù)，進口溫度3000C，出口溫度120°C，霧化盤轉速12000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進行高溫燒結，控制空氣流量為20立方米/小時，燒結溫度為600°C，燒結12小時后得到電池級磷酸鋰復合材料。以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制 。凡采用同等變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明的權利保護范圍之內。
權利要求
1.一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，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行充分混合研磨2 8小時，所述鋰源和磷源的摩爾比為(O. 97 I.03) : (O. 97 I. 03);然后進行噴霧干燥得到球形磷酸鋰復合物前驅物；接著將球形磷酸鋰復合物前驅物在空氣或氧氣氣氛下進行高溫燒結，燒結溫度為500 70(TC，燒結4 16小時后得到電池級磷酸鋰復合材料；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)權利要求I所述的一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，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)權利要求I或2所述的一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，其特征在于控制噴霧干燥過程中的進口溫度為200 350°C，出口溫度為100 150°C，霧化盤轉速為6000 20000 轉 / 分。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，其特征在于高溫燒結過程中所用空氣或氧氣的進氣量為10 30立方米/小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池級磷酸鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟將鋰源和磷源加入到去離子水中進行充分混合研磨2～8小時，所述鋰源和磷源的摩爾比為(0.97～1.03)∶(0.97～1.03)；然后進行噴霧干燥得到球形磷酸鋰復合物前驅物；接著將球形磷酸鋰復合物前驅物在空氣或氧氣氣氛下進行高溫燒結，燒結溫度為500～700℃，燒結4～16小時后得到電池級磷酸鋰復合材料；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條件溫和、設備可靠性好、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