[发明专利]一种低能耗制备磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种低能耗和低时耗制备磷酸铁锂的方法，具有反应温度低，反应条件简单，工艺流程短等优点，利于低能耗大规模生产。

背景技术

磷酸铁锂具有比容量高达170mAhg^-1、循环性能好、电化学性能稳定、来源广泛等特点，是新一代动力锂电池材料。现有的磷酸铁锂制备方法主要有：（1）固相合成法，按照Li:Fe:P化学计量比为1:1:1将二价铁盐、磷酸盐和锂盐为原料充分混匀后，在惰性或还原性气氛中先低温，再高温焙烧，最后经研磨制备而成磷酸铁锂产品(Padhi A K,Electrochem.Soc.,1997,144(4):1188—1194)；（2）凝胶共沉淀法，以醋酸或硝酸铁盐为原料与可溶性锂源加到抗坏血酸（还原剂）中，而后加入磷酸，加氨水调节酸度，蒸干水分得到凝胶，先低温，再高温焙烧、研磨等步骤制备产品(Croce F,Electroehem.Solid State Lett.,2002,5(3):47-50)；（3）水热法，以可溶性铁盐、磷酸盐和锂盐为原料，在高压水热釜进行反应，制备磷酸铁锂，而后在较低温度下煅烧可得到较好性能产物(Tajimi S,Solid State ionics，2004,175(1/4):287—290)；（4）碳热还原法，将廉价的三价铁源和磷源，锂源混合，利用碳的还原性高温还原三价铁吸收锂制得(Barker J,Electrochem.Solid State Lett.,2003,6(3):53—55)；（5）化学插锂法，最早由Prosini A K发现.即首先在溶液中制备磷酸铁水合物，煅烧除去结晶水得到无定形磷酸铁，在有机溶剂乙腈中用LiI还原三价铁，插入锂形成无定形磷酸铁锂，煅烧得到结晶度较高的产物（Prosini A K,Electrochem.l So.,2002,149(7):886—890）。但现有的化学插锂法合成路径繁琐，要求条件高，生产周期较长，不利于大规模生产。

现有方法存在的缺点和不足，限制了磷酸铁锂的大规模生产及应用。利用二价铁源不仅价格成本高，且需要气氛保护带来合成不便。固相法和碳热还原法需要高温反应，且时间较长，增加能耗和成产周期，限制了大规模应用。水热法需要在高压反应釜中反应，也不利于推广和生产。本发明利用液相法得到的磷酸铁或其水合物，直接在较低温度下较短时间内进行还原结晶，改进了液相化学插锂法的缺点，缩短了生产时间，利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种较低能耗和较短生产周期制备磷酸铁锂的方法。

一种低能耗制备磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：利用碘化锂在有机溶剂中的溶解性将碘化锂均匀与磷酸铁混合，蒸发除去有机溶剂，然后在保护气氛中焙烧，得到分布均匀的LiFePO₄粉末。

所述磷酸铁选自FePO₄·XH₂O，X=0～6中的一种或多种。

所述碘化锂选自LiI·YH₂O，Y=0～3中的一种或多种，较好为LiI和LiI·H₂O。

所述碘化锂与磷酸铁的摩尔比为0.5～1.4:1，优选0.8～1.4:1。过量碘化锂与磷酸铁锂反应生成磷酸锂和单质铁，增加离子导率和导电性，且提高了振实密度。

所述焙烧的温度为400～900℃，优选在500～750℃。

所述焙烧的时间为0.5～10h，最优在3h。

所述焙烧的保护气氛为N₂、H₂、Ar、CO、和CH₄中的一种或多种。

所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、丙醇、1,4环氧六环、环己酮、甲苯环己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、异丙醇等、乙醚、环氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、吡啶、乙二醇和丙三醇中的一种或多种。

一种低能耗制备碳包覆磷酸铁锂的方法，利用碘化锂在有机溶剂中的溶解性将碘化锂均匀与磷酸铁混合，蒸发除去有机溶剂得磷酸铁盐前驱体，在300～600℃反应0.5～3h得到低结晶度磷酸铁锂，而后将产物研磨并与包覆剂或碳前躯体（包括单糖，多糖，低聚糖，可溶性淀粉，有机酸，有机胺，有机聚合物，乙炔黑、导电碳黑、碳纳米管和石墨烯）混合，然后400～900℃，焙烧0.5～10h得到最终改性的磷酸铁锂。