[发明专利]一种采用冷轧副产品氧化铁制备磷酸铁锂材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用冷轧副产品氧化铁制备磷酸铁锂材料的方法，主要通过二步法对物料的粒度及碳包覆进行调整，进而制备出高性能的磷酸铁锂材料。

背景技术

正极材料是制约锂离子动力电池发展的关键和瓶颈，而磷酸铁锂的结构非常稳定，锂离子可以在其晶格中100％地嵌入和脱嵌而不影响其结构，因此，它的循环性能特别好，其安全性能也是有所公认的，容量和电压也完全可以达到动力电池的要求，因此被业内认为是目前最佳的锂离子储能及动力电池的正极材料。

传统的磷酸铁锂制备方法采用的铁源为磷酸铁、草酸亚铁或者是通过共沉淀发制备的氧化铁，其价格高昂，阻碍了磷酸铁锂材料在锂离子电池的大范围应用。

目前，产业化生产磷酸铁锂材料的方法以固相法为主，但大多采用一次烧结,如CN1581537、CN1762798、CN1767238均采用一次烧结而得到最终的磷酸铁锂材料，但对于通过二步法对粒径的控制进而提高磷酸铁锂材料的加工性能，同时通过二次烧结、二次包碳提高其电性能涉及不多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：1、以钢铁企业冷轧副产品氧化铁为铁源制备磷酸铁锂材料，可大幅降低原材料的成本；2、通过二步法对每个步骤的粒径进行控制从而控制最终成品的物理性能，通过二次碳包覆及适合的碳源提高其电性能。

一种采用冷轧副产品氧化铁制备磷酸铁锂材料的方法，包括如下步骤：

(1)原材料中铁源采用钢铁企业冷轧副产品三氧化二铁，磷源、锂源则采用磷酸二氢锂、碳酸锂，碳源采用蔗糖、聚乙烯醇，另加入偏钒酸铵作为掺杂；

(2)称量配比，将三氧化二铁、磷酸二氢锂、碳酸锂、偏钒酸铵按Li_(1～1.03)Fe_(0.9～1)V_{(0.01～0.15)}PO₄的摩尔比进行配比秤量，蔗糖则按含碳量占最终产物5～10wt％进行称量；

(3)秤量后的原材料按可溶于水的程度先后投入搅拌磨机中与去离子水混合进行一次搅拌混合，搅拌磨后的料浆粒径D50控制在≤1.5μm，D90控制在≤5μm；

(4)搅拌混合后的料浆进入到超细磨机进行一次细磨，细磨后的粒径D50的控制在≤1μm，D90控制在≤3μm；

(5)对一次细磨后料浆进行一次喷雾干燥，颗粒粒径D50控制在10μm～30μm，碳含量控制在2wt％～5.5wt％；

(6)一次喷雾干燥后进行在惰性气体下的一次烧结，一次烧结温度600℃～900℃，保温时间为4～15小时，烧结后物料碳含量控制在1.5wt％～4.5wt％；

(7)一次烧结后的物料与蔗糖、聚乙烯醇或蔗糖与聚乙烯醇的混合，其中碳源以碳含量占一次烧结后物料的重量0.5～2％进行进行配比称量；

(8)称量后的物料投入搅拌磨机中与一定比例的去离子水混合进行二次搅拌磨混合，料浆粒径控制在D50≤10μm，D90控制在≤25μm；

(9)将二次搅拌磨的料浆进入超细磨机进行二次细磨，最终料浆粒径控制在D50≤1μm～5μm，D90控制在≤15μm；

(10)将二次细磨后的料浆进行二次喷雾干燥，干燥后物料的碳含量控制在2wt％～5.5wt％之间；

(11)二次喷雾干燥后进行在惰性气体下的二次烧结，二次烧结温度600℃～900℃，保温时间为4～10小时，烧结后成为最终的磷酸铁锂材料，其碳含量控制在1.5wt％～4.5wt％；

所述步骤(1)中，原材料中采用钢铁企业冷轧副产品氧化铁作为铁源进行磷酸铁锂材料的制备。

所述步骤(3)中，一次搅拌磨后的粒径优选为D50的控制在0.7～1.2μm，D90的粒径控制在1.0～2μm。

所述步骤(4)中，一次细磨后D50粒径优选控制在0.3～0.7μm，D90的粒径优选控制在1.5～2.5μm。

所述步骤(5)中颗粒粒径D50优选控制在15μm～25μm。

所述步骤(7)中，碳源可单独采用蔗糖、聚乙烯醇或蔗糖与聚乙烯醇按质量比1∶1的混合物。

所述步骤(8)中，去离子水加入量与物料量的质量比为1.5～3∶1。

所述步骤(9)中，二次细磨后D50粒径优选控制在1.5～3.5μm，D90的粒径优选控制在6～12μm。

所述步骤(10)中，二次喷雾后物料碳含量优选控制在2.5wt％～3.5wt％。