[发明专利]一种无污染低成本磷酸锰铁锂晶体材料的制备工艺

说明书

本发明公开了一种无污染低成本磷酸锰铁锂晶体材料的制备工艺，通过以下步骤完成：选用纯度较高的铁粉和锰粉，粒度选择在20目到20000目之间；按照一定质量比选取锰粉、铁粉、磷酸及锂源溶液，稀释后置于耐酸反应器中搅拌，使铁粉、锰粉及磷酸充分反应；得到的反应前躯体浆料中加入锂源溶液充分搅拌均匀，所选锂源溶液为可溶性锂源氢氧化锂或乙酸锂；得到的浆料转移入反应釜，开始水热反应；反应后得到的浆料进行固液分离，分离出的固体磷酸锰铁锂进行包合碳化退火处理，制得磷酸锰铁锂晶体材料。与现有技术相比，本发明成本较低，工艺操作方便，不仅制出的磷酸锰铁锂晶体材料商业价值较高，而且制作过程没有污染，符合当前对环保的要求。

技术领域

本发明涉及化学材料合成技术领域，具体涉及一种无污染低成本磷酸锰铁锂晶体材料的制备工艺。

背景技术

随着电动汽车的高速发展，3C、储能市场需求的逐步扩大，也对材料的能量密度提出了更高的要求。三元材料虽然能量密度较高但是安全问题至今得不到很好的解决，其制备需要大量的稀缺元素钴。传统的磷酸铁锂虽然具有环境友好、安全、廉价，长寿命等一系列优点，但是其3.2V的电压限制了其能量密度的发挥。磷酸锰锂虽然具有和磷酸铁锂类似的橄榄石稳定结构，还具有4.1V的电压平台，但是其导电性能特别差，属于绝缘体，很难进行有效的充放电，限制了其商用。在此背景下人们发现在磷酸锰锂里面掺杂铁元素，铁与锰任意比互溶，能够形成固溶体，能够改变磷酸锰锂的导电性能。

发明内容

为解决上述缺陷，本发明的目的是提供一种无污染低成本磷酸锰铁锂晶体材料的制备工艺，制作成本较低，操作方便，不仅制出的磷酸锰铁锂晶体材料商业价值较高，而且制作过程没有污染，符合当前对环保的要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无污染低成本磷酸锰铁锂晶体材料的制备工艺，该晶体材料的化学式为

LiFe(1-x)MnxPO4(其中0.05≤x≤0.8)，x表示原子比或摩尔比，当x小于0.05时，其主项为磷酸铁锂，高电压平台几乎没有发挥，当x大于0.8时，经多次反复试验其电化学性能急剧恶化，该制备工艺的反应方程式为

Fe+Mn+ H₃PO4+LiOH→LiFe(1-X)MnXPO4+H2 +H2O，

其中Fe表示铁粉，Mn表示锰粉，H₃PO4表示磷酸，LiOH表示氢氧化锂溶液，

其制备工艺包括以下步骤：

1）选用纯度较高的铁粉和锰粉，粒度选择20—20000目，选择的粒度范围能保证反应速度比较适中，容易控制，粒度过细时反应过于激烈，不易控制；

2）按Fe：Mn：H₃PO4：LiOH=(1-x)：x：1：(1.01-1.1)的质量比称量铁粉、锰粉、磷酸及锂源溶液，先将铁粉、锰粉及磷酸稀释后置于耐酸反应器中搅拌，使铁粉、锰粉及磷酸充分反应，反应时间为5-24小时；

3）步骤2）中得到的反应前躯体浆料中加入锂源溶液充分搅拌均匀，所选锂源溶液为可溶性锂源氢氧化锂或乙酸锂；

4）将步骤3）得到的浆料转移入反应釜，开始水热反应，反应温度为160-240℃，压力为0.6-2.5MPa，反应时间为3-12小时，搅拌转速为80-1400r/min之间；

5）将步骤4）中通过水热反应后得到的浆料进行固液分离，分离出的固体磷酸锰铁锂进行包合碳化退火处理，退火时通入惰性气体保护或者选择真空，退火温度为550-850度，退火时间为3-24小时，制得磷酸锰铁锂晶体材料。

优选的是，步骤1）中的选取的铁粉和锰粉反应前采用电解，或还原，或雾化工艺处理。

步骤1）中选取铁粉和锰粉的粒度均在200目到8000目之间。