[发明专利]一种改性氧化铁制备碳包覆磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池材料，特别是一种改性氧化铁制备碳包覆磷酸铁锂的方法。

背景技术

锂离子电池是新一代高能电池，与钴酸锂电池相比具有能量密度大、电压高、循环性能好、电池质量轻、无记忆效应、绿色环保和工作温度范围宽等优点而被广泛应用。自1997年Padhi等人首次将正交橄榄石结构的 LiFePO₄用于锂离子电池正极材料，对该材料的研究已经逐渐成为各国科研工作人员的研究热点。但是LiFePO₄材料电子电导率和锂离子扩散系数均比较低，导致其倍率充放电性能极差，限制了该材料的应用。有效的在磷酸铁锂粒子的表面包覆导电性物质，并且将磷酸铁锂粒子微细化（约100nm以下）从而增大反应表面积，是目前磷酸铁锂正极材料的研究重点。

磷酸铁锂制备工艺中需要选择铁源、磷源和锂源，铁源一般是铁盐，也有部分制备工艺选用原材料来源广泛、价格便宜的氧化铁，但氧化铁与H₃PO₄反应迅速，前驱体FePO₄颗粒生长团聚沉淀，导致需要3倍过量的锂源（锂源：铁源：磷源为3:1:1）方能正向反应生成磷酸铁锂，导致反应杂质含量高、成本昂贵，操作复杂。故此利用氧化铁为原料的磷酸铁锂制备工艺多选磷酸二氢锂作为磷源和锂源，如《一种正极材料磷酸铁锂的制备方法》（申请号：200910140333.3），但是磷酸二氢锂成本明显高于H₃PO₄和LiOH，造成生产成本高居不下。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种步骤简单，生产成本低的改性氧化铁制备碳包覆磷酸铁锂的方法。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种改性氧化铁制备碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤包括：

（1）改性氧化铁制备：取氯化铁、氧化铁改性剂于反应釜内混合，60～80℃下搅拌反应2～4h，反应产物洗净、过滤、干燥，得到改性氧化铁；

（2）改性氧化铁络合物的制备：称取改性氧化铁加入络合剂溶液中，搅拌，静置30min；

（3）FePO₄·2H₂O前驱体制备：向步骤（2）的溶液中加入68ml H₃PO₄（质量分数85%），用1 mol/L氨水调节pH为2.0，搅拌1h，陈化、过滤、洗涤、烘干得到预处理FePO₄·2H₂O前驱体；

（4）按照Fe：Li=1:1～1.2称取预处理FePO₄·2H₂O前驱体，锂源，20～30g碳源，80～120g分散剂，于行星式球磨机球磨10min混合均匀，混合物料转移至烧结炉中氮气气氛保护下200～300℃烧结1.5～2h；

（5）步骤（4）烧结后混合物料继续升温至650～750℃，保温6～10h，自然冷却至室温，得到颗粒细小均匀，晶型完整的碳包覆LiFePO₄。

其中所述氧化铁改性剂为十二烷基硫酸铵、桉树叶提取液、聚乙烯亚胺、亚氨基二乙酸中的一种或几种；络合剂为柠檬酸、聚乙二醇、乙二胺四乙酸中的一种；锂源为CH₃COOLi·2H₂O、LiOH、 Li₂C₂O₄中的一种或几种分散剂为乙醇、甲醇、丙酮中的一种。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、用氧化铁做原材料可以改善中间产物FePO₄·2H₂O前驱体颗粒粘结团聚度，使FePO₄·2H₂O前驱体颗粒分散性好；

2、采用柠檬酸作为螯合剂，柠檬酸定向螯合铁离子，在表面形成了一层均匀的柠檬酸薄膜，有效阻止前驱体FePO₄颗粒的快速生长，螯合的柠檬酸大分子具有空间位阻作用，有效地抑制了FePO₄晶粒之间的团聚，在后续的低温烧结中分解形成碳壳抑制LiFePO₄晶粒的生长；

3、分段式烧结可抑制LiFePO₄晶粒的增长，得到纯度高，颗粒形貌均匀的碳包覆LiFePO₄；