[发明专利]一种静态混合管式反应器制备磷酸铁锂材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种静态混合管式反应器制备磷酸铁锂材料的方法，属于电池材料制备技术领域。

背景技术

橄榄石型的磷酸铁锂(LiFeP0₄)作为新一代的锂离子电池具有比能量高、功率大、使用寿命长、无记忆效应、性能价格比高等优点，成为便携式电子产品可充式电源的主要选择对象。LiFeP0₄具有相对较高的理论比容量(约170 mAh/g)和理论比能量(约550Wh/kg)、良好的化学稳定性与热稳定性、平稳的充放电电压平台使有机电解质在电池应用中更为安全、资源丰富、价廉而且易于制备、无吸湿性和环境友好等优点，引起了人们的极大关注。材料的合成方法及其合成的工艺条件在很大程度上影响着材料的结构和性能。

目前磷酸铁锂材料的制备主要采用高温固相合成法，此法的优点是工艺简单，易实现工业化，但由于反应物不易混合均匀，产品的粒径大且分布不均匀，形貌不规则，因此存在批次稳定性不足的问题。与高温固相合成法相比，水热法不需要惰性气氛保护可以直接合成得到LiFeP0₄，也容易控制材料的形貌和粒径，但水热法需要高温高压设备，工业化生产困难大。传统的液相共沉淀法通常采用釜式反应器以间歇法操作为主，由于反应物料量有限制，反应过程持久，不利于规模化生产，而伴随着反应过程的进行，反应条件（如浓度、pH值）不断变化，影响了微粉晶粒度大小与分布。因此，基于上述磷酸铁锂制备技术的不足，本发明利用静态混合管式反应器合成磷酸铁锂材料，原料价格低廉，工艺简单，易于连续化工业生产，生产出来的微粉具有粒径小，粒度分布窄等优点。

发明内容

本发明是利用能达到微观混合并提高生产率的静态混合管式反应器对二价铁源、磷源化合物的混合溶液与氢氧化锂、氨水的混合溶液进行液相管式反应合成磷酸铁锂。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

静态混合管式反应器制备磷酸铁锂材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）配置浓度为0.05～1mol/L二价铁源溶液，浓度为0.05～1mol/L磷源溶液，然后将其混合，配成待反应溶液A；配氢氧化锂0.05～2mol/L溶液和氨水溶液，将其混合，配成待反应溶液B；

（2）分别用两台加料泵将步骤（1）中的溶液A和B按等体积流量从静态混合管式反应器一端打入，控制体积流量为0.1～5L/min，进行混合反应生成乳浊液，要求铁离子、磷离子、锂离子的摩尔比为1：1：1，通过调整B溶液中氨水的量，将反应器中乳浊液的pH值控制在7～9之间；

（3）将步骤（2）的乳浊液陈化1h～4h后，进行膜洗涤得到祛除原物料所带入的SO₄^2-离子、NO₃^-离子、C₂H₃O₂^-离子和NH₄⁺离子杂质离子的浆料液；

（4）将可溶于水的碳源化合物加入到步骤（3）膜洗涤后的浆料液中，充分搅拌30min，得到含碳源化合物的浆料液，所加碳源化合物质量为LiFeP0₄质量4%～50%；

（5）将步骤（4）的含碳源化合物的浆料液喷雾干燥后即得含碳LiFeP0₄前躯体粉；

（6）将步骤（5）中的前躯体粉置于管式炉中，在惰性气氛保护下600～750℃烧3～10h，即得到纳米碳包覆的LiFeP0₄材料。

所述静态混合管式反应器制备磷酸铁锂材料的方法，其特征在于：所述的步骤（1）中二价铁源化合物为硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硝酸亚铁、醋酸亚铁的一种或其混合物。

所述静态混合管式反应器制备磷酸铁锂材料的方法，其特征在于：所述的步骤（1）中磷源化合物为磷酸铵、磷酸一氢氨、磷酸二氢铵的一种或其混合物。

所述静态混合管式反应器制备磷酸铁锂材料的方法，其特征在于：所述的步骤（4）中碳源化合物为葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉的一种或其混合物。

静态混合管式反应器说明：