[发明专利]利用菱铁矿水热合成锂离子电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用菱铁矿水热合成锂离子电池正极材料的方法，它首先将菱铁矿溶于稀磷酸得到铁的溶液，然后铁的溶液与氢氧化锂水热反应即可得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂。本发明直接在菱铁矿中加入磷酸，通过控制磷酸的浓度和反应温度和时间使菱铁矿的铁直接溶于磷酸中，然后加入双氧水通过水热反应得到磷酸铁锂，反应后的磷酸铁锂在磷酸中以沉淀的形式存在，直接过滤就可得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂，这样不但省略了事先用盐酸或硫酸浸出菱铁矿中铁的工序，降低了成本，没有引入其他不利于电池性能的杂质，提高了电池的导电性能。

技术领域

本发明属于电化学领域，尤其是利用菱铁矿制备锂离子子电池正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一，而作为锂离子电池正极材料的磷酸铁锂合成方法是发展中的重中之重。目前利用菱铁矿合成磷酸铁锂电池的方法是，先将菱铁矿采用硫酸、盐酸或硝酸溶解后加入氧化剂和磷酸或磷酸盐反应生成锂离子电池正极材料前驱体磷酸铁，磷酸铁再与碳酸锂和C烧结合成磷酸铁锂。比如：

中国专利申请号201210591476.8公开了一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂前驱体的制备方法，先将菱铁矿采用硫酸或盐酸浸出并调整溶液浓度，然后加入双氧水或臭氧氧化剂以及沉淀剂，通过控制合成条件使菱铁矿中对磷酸铁锂电化学性能有益的镁和锰元素选择性地进入沉淀，干燥后即得磷酸铁锂前驱体。

中国专利申请号200810031119.3公开了一种综合利用钛铁矿制备磷酸铁锂前驱体的方法：将钛铁矿用酸浸出，过滤得滤液，在滤液中溶解一定量的其它铁源，使得混合溶液中Fe的浓度为0.01-3mol/L，Ti与Fe的摩尔比为0.0005-0.5；向混合溶液中加入适量的氧化剂，用碱的水溶液调节体系的pH＝1.5-6.0，使得部分铁和某些杂质离子共沉淀，过滤，得到滤液；向滤液中加入沉淀剂(0.01-6mol/L)，并用碱的水溶液调节体系的pH＝4.0-14.0，在10-90℃的搅拌反应器中反应10min-24h，过滤、洗涤，将沉淀于50-150℃下烘干后在空气中300-800℃下煅烧1-24h即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂的前驱体—掺杂型金属元素的三氧化二铁。

上述两个文献记载的方法制备的磷酸铁锂虽然电化学性能好，但是还存在以下缺陷，一是由于需要加入酸将菱铁矿中的铁浸出，所以工艺过程长，合成效率低；二是由于加入了硫酸、盐酸或硝酸，引入了影响电池性能的杂质元素SO₄^2-、CL^-和NO₃^-等。

目前有不加入硫酸、盐酸或硝酸，直接用铁盐、锂盐和磷酸，在水热条件下合成磷酸铁锂的，比如中国专利申请号201110045252.2公开了一种大幅度提高低温水热合成锂离子电池正极材料LiFePO₄具备优异电化学性能的方法，它通过锂盐、铁盐以及磷酸按照一定的添加顺序以及配比，在水中制备出浆状前躯体，随后加入一定量的有机溶剂，再在水热条件下制备出具有优良电化学性能的纳米LiFePO₄正极材料。该专利原料使用可溶性铁盐，可溶性铁盐的制取耗费了大量的能源，增加了反应步骤。