[发明专利]一种原料固相干法粉碎制备磷酸铁锂材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原料固相干法粉碎技术，具体涉及一种原料固相干法粉碎制备磷酸铁锂材料的方法，属于锂电池材料制备领域。

背景技术

目前，国内外磷酸铁锂的生产方法主要有固相法和液相法，其中固相法包括高温固相法、碳热还原法、微波合成法、脉冲激光沉淀法；液相法包括溶胶-凝胶合成法、水热合成法、沉淀法以及溶剂合成法等。①高温固相法：通常以铁盐、锂化合物和磷酸铵作为原料，按化学计量比充分混匀后，在惰性气体保护下先经过低温处理5-10小时，使原料充分分解，然后在高温下处理10-20小时，研磨粉碎制成磷酸铁锂。现有磷酸铁锂工业化生产制备技术已高温固相法为主。②碳热还原法：采用更廉价的三价铁作为铁源，采用高温还原的方法，碳将三价铁还原为二价铁，制备形成磷酸铁锂。碳热还原法解决了原料价格昂贵的缺点，能够广泛应用于工业生产。③水热合成法：属湿法范畴，它是以可溶性亚铁盐、锂盐和磷酸为原料，在水热条件下直接合成磷酸铁锂，由于氧气在水热体系中的溶解度很小，水热体系磷酸铁锂的合成提供了优良的惰性环境。

以上为应用比较广泛的是三种制备方法。无论是采用干法或是湿法，这些工艺都有各自的优缺点。其中高温固相由于工艺流程简单，条件容易控制，容易实现产业化而备受关注。但高温固相制备磷酸铁锂生产过程中，由于原材料粒度大、分布宽、混合不均匀造成前躯体形貌不规则、粒度分布宽、产品物理和化学组成不均匀等问题。以国际上著名的磷酸铁锂生产商为例，美国Valence公司采用高温固相工艺，倍率达到20C，但量产克容量只能达到125mAh/g。

采用新型超细粉碎与气流分级技术相结合的高温固相干法闭路粉碎系统，对磷酸铁锂正极材料的原料进行纳米级粉碎及混合，经烧结得到纳米级磷酸铁锂正极材料。在制备工艺、产品性能方面获得突破，解决了只有在液相合成方法中才能实现纳米级粒度控制的技术在固相法生产中的应用。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足之处，提供一种原料固相干法粉碎制备磷酸铁锂材料的方法，该方法采用新型超细粉碎与气流分级技术相结合的高温固相干法闭路粉碎系统，对磷酸铁锂正极材料的原料进行纳米级粉碎及混合，经烧结得到纳米级磷酸铁锂正极材料。以解决由于原料粒度大、分布宽、混合不均匀所造成的前驱体形貌不规则、粒度分布宽、产品物理和化学组成不均匀等问题。

本发明是以如下技术方案实现的：一种原料固相干法粉碎制备磷酸铁锂材料的方法，其特征是：采用圆盘磨与气流粉碎技术相结合，控制环境湿度为10％-30％，对原料中的铁源、锂源、磷源进行粉碎，使得他们的中粒径均在1-20um；所述的铁源为三氧化二铁、氧化亚铁或草酸亚铁中的一种；所述的锂源为氢氧化锂、磷酸二氢锂或碳酸锂中的一种；所述的磷源为磷酸铵、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种；所述的碳源为蔗糖、葡萄糖或纤维素中的一种。

制备方法包括如下步骤：

（1）制备纳米级别的铁源、锂源、磷源：采用圆盘磨与气流粉碎技术相结合，控制环境湿度为10％-30％，对原料中的铁源、锂源、磷源进行粉碎，使得他们的中粒径均在1-20um；

（2）制备磷酸铁锂前驱体：将粉碎好的铁源、锂源、磷源按照摩尔比1:1:1的比例混合均匀，置于管式炉，以氮气或氩气为惰性气体，以2-10℃/分钟的升温速率加热，在200-400℃下煅烧5-10小时，制得磷酸铁锂前驱体；

（3）磷酸铁锂前驱体的碳包覆和烧结处理：在制备好的磷酸铁锂前驱体中加入碳源，并置于管式炉中，以氮气或氩气为惰性气体，以1-15℃/分钟的升温速率加热，在500-800℃下煅烧15-30小时后得到相应的磷酸铁锂正极材料。

所述的原料的粒径为1-20um。