[发明专利]高容量高压实磷酸铁锂用复合结构正磷酸铁的制备方法

说明书

本发明公开了一种高容量高压实磷酸铁锂用复合结构正磷酸铁的制备方法，涉及锂离子电池技术领域，包括以下步骤：配制硫酸溶液、磷酸溶液和双氧水溶液；向铁源中加入去离子水，搅拌，加入硫酸溶液，搅拌，再加入络合剂，得到硫酸亚铁溶液；向硫酸亚铁溶液加入磷酸溶液，搅拌，再加入纯碱或氨，再加入模板剂、双氧水溶液，搅拌，然后将反应产物进行陈化处理，抽滤、洗涤，干燥，煅烧，即得。本发明采用共沉淀法合成磷酸铁水合物前驱体，通过控制进料速率、搅拌频率、搅拌时间和反应温度，实现对磷酸铁形貌、粒径分布的有效控制，获得不同形貌、粒径分布范围宽的片状与颗粒状复合结构的正磷酸铁。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高容量高压实磷酸铁锂用复合结构正磷酸铁的制备方法。

背景技术

随着磷酸铁锂锂离子电池在新能源汽车、风光储能、通讯基站、大型数据库储存等行业的广泛应用，磷酸铁锂正极材料的生产与制造也得到大力发展。磷酸铁锂正极材料的制备存在多种工艺技术路线，已经获得产业化的技术路线有氧化铁红路线、草酸亚铁路线、水热合成路线、正磷酸铁路线。经过行业和市场的实践与验证，正磷酸铁路线制备的磷酸铁锂具有电性能良好、杂质含量低、工艺步骤简单等突出优势，逐渐成为行业统一的技术趋势。这一背景下，给正磷酸铁制造行业带来巨大的发展机遇。

然而国内外电池级正磷酸铁的研究与生产起步都比较晚，即使A123、pHOSTECH等国外正极材料企业在磷酸铁锂研究之初就关注正磷酸铁的制备并投入技术研发，但规模化生产出商业化的正磷酸铁也是最近5-8年的事情。

国内正磷酸铁的技术基于早期低水平的陶瓷级、食品级产品模式，存在纯度波动、晶体结构不明确的问题，而且不少厂家在产品与技术开放阶段存在与正极材料制备脱节的现象，未能从源头解决磷酸铁锂存在压实密度低，振实密度低，比表面积偏高导致加工效果不佳的缺陷。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高容量高压实磷酸铁锂用复合结构正磷酸铁的制备方法，通过改变正磷酸铁的合成条件，实现对磷酸铁形貌、粒径分布的有效控制，进而获得不同形貌、粒径分布范围宽的片状与颗粒状复合结构的正磷酸铁材料。

本发明提出的一种高容量高压实磷酸铁锂用复合结构正磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别配制60-70wt％的硫酸溶液、70-80wt％的磷酸溶液和8-10wt％的双氧水溶液，备用；

S2、向铁源中加入2倍质量的去离子水，搅拌，升温，加入硫酸溶液，搅拌，再加入络合剂，搅拌至铁源完全溶解，控制体系pH≤3.0，得到硫酸亚铁溶液，对硫酸亚铁溶液进行除杂处理；

S3、向硫酸亚铁溶液中以200-400L/h的流量加入磷酸溶液2h，添加结束后，搅拌4-6h，再加入纯碱或氨，控制体系温度为45-55℃、pH为2.5-3.5；

S4、向S4的反应体系中加入模板剂，同时先以100-140L/h的流量加入双氧水溶液50min，控制温度为45-55℃，pH为3-4，以10Hz搅拌速率搅拌2h，再以200-240L/h的流量加入双氧水溶液50min，控制温度为45-55℃，pH为4-5，以40Hz搅拌速率搅拌1h，双氧水全部添加结束后，控制温度在30-50℃，pH为2-3，搅拌4-6h，然后将反应产物转移至陈化槽中进行陈化处理，抽滤、洗涤，干燥，得磷酸铁前驱体；

S5、将磷酸铁前驱体煅烧，即得片状与颗粒状复合结构的正磷酸铁。

优选地，S2中，铁源为铁丝、铁片、铁块、铁锈、铁边角废料中的任意一种或一种以上。

优选地，S2中，向铁源中加入2倍质量的去离子水，以20-30Hz搅拌速率搅拌，升温至60-90℃。

优选地，S2中，硫酸溶液的加入量为铁源质量的5倍，控制硫酸溶液的加入时间为2h。