[发明专利]用铁屑、磷酸、氢氧化锂制备锂亚铁磷酸复盐正极材料的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用铁屑、磷酸、氢氧化锂制备锂亚铁磷酸复盐正极材料的新方法，属新能源材料领域。

背景技术

发展新能源、低碳经济和节能减排已成为世界各国发展的当务之急，电动汽车及新能源汽车是二十一世纪汽车工业发展新的里程碑，对缓解全球能源危机，加强环境保护具有特殊和深远意义。

锂离子二次电池是新一代绿色能源，它主要是由正极、负极、电解质三大材料组成，具有高能量密度、高循环性能、低自放电率、无记忆效应、工作温度范围宽等优点。目前已在移动电话、手提电脑、摄像机、电动工具等诸多领域广泛应用，并且正在快速向电动车领域进军。

目前，研究最多的锂离子二次电池正极材料是LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄。LiCoO₂是较早大规模商品化的正极材料，研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，容量较低。LiNiO₂成本较低，容量较高，但制备困难，材料性能的一致性和重现性差，存在较为严重的安全问题。尖晶石LiMn₂O₄成本低，安全性好，但容量低，在深度放电时发生Tahn-Teller效应，影响材料结构的稳定性，材料的高温循环性能差。层状LiMnO₂比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差。层状LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂系列材料(简称三元材料)如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂较好地兼备了三者的优点，弥补了各自的不足，具有高比容量、成本较低、循环性能稳定、安全性能较好等特点，是下一代锂离子电池正极材料的有力竞争者，但仍有工业合成工艺较为繁复，前驱体制备重复性差，粉体的填充性不理想，昂贵的Ni、Co元素比例较高等问题。

1997年Goodenough工作组发现正交橄榄石结构的LiFePO₄的氧化还原电位为3.4V，循环性能较好，理论容量达到170mAh/g，引起广大科学工作者和许多公司的极大兴趣。橄榄石结构的LiFePO₄工作电压平稳、平台特性优良、容量较高、结构稳定、高温性能和循环性能好、安全无毒、成本低廉。从目前发展状况看，以及从性价比、资源和环境等长远观点考虑，LiFePO₄是很有前途的新一代锂离子二次电池正极材料。但从电动车范围广泛试用的情况看，目前生产的磷酸亚铁锂存在问题是：材料的均匀性尚难满足使用十年普遍要求，振实密度小，比容量较低等。

发明内容

本发明的目的是提供一种用铁屑、磷酸、氢氧化锂制备的寿命长、振实密度较小、比容量较低的锂亚铁磷酸复盐正极材料的新方法。

本发明所提供的用铁屑，磷酸，氢氧化锂制备锂亚铁磷酸复盐正极材料的的新方法，包括如下步骤：

磷酸溶液与铁屑反应，当反应液的pH值≥1.5，比重＝1.25～1.32时，收集反应液；

在惰性气体保护条件下所述反应液真空蒸发浓缩，并冷却结晶得固体磷酸二氢亚铁和母液；

在惰性气体保护条件下所述固体磷酸二氢亚铁溶于水得溶液B，所述溶液B与氢氧化锂溶液充分反应生成胶体悬浊液C；

所述胶体悬浊液C中加入氢氧化铁及热解碳源，得悬浊液D；

所述悬浊液D喷雾干燥得到磷酸亚铁锂前躯体E；

所述磷酸亚铁锂前躯体E在弱还原气氛下进行两次焙烧，第一次焙烧的温度为450～500℃，第二次焙烧的温度为650～750℃，得到含有亚铁直接合成的锂亚铁磷酸复盐微晶和三价铁热解碳还原法锂亚铁磷酸复盐微晶及热解碳微晶均匀混合的锂离子电池正极材料。

本发明的用铁屑，磷酸，氢氧化锂制备锂亚铁磷酸复盐正极材料的的新方法：所述磷酸溶液的浓度为2.7～32摩尔/升。

本发明的用铁屑，磷酸，氢氧化锂制备锂亚铁磷酸复盐正极材料的的新方法：所述磷酸溶液与所述铁屑反应的温度保持在50～70℃。

本发明的用铁屑，磷酸，氢氧化锂制备锂亚铁磷酸复盐正极材料的的新方法：所述固体磷酸二氢亚铁、所述氢氧化锂、所述氢氧化铁、热解碳的摩尔比为(1.00)∶(2.00～2.05)∶(0.96～1.00)∶(0.9～1.8)。