[发明专利]Ti、V元素复合掺杂的磷酸铁锂制备方法

说明书

本发明公开了一种Ti、V元素复合掺杂的磷酸铁锂制备方法，包括以下步聚：(1)先将Fe³⁺源和磷源分别配制成已知的浓度溶液，按一定比例缓慢滴入装有磷酸底液的磁力搅拌容器中，控制溶液PH值在1.5‑1.8范围内，然后加热(温度控制80‑90℃左右)搅拌沉淀制得二水磷酸铁；(2)将制得的二水磷酸铁过滤洗涤干燥后，再通过550‑700℃的温度煅烧3‑5h，得到无水磷酸铁；(3)将磷酸铁与锂源以摩尔比1∶(1‑1.05)均匀混合，作为Ti、V元素复合掺杂的磷酸铁锂制备的依据；本发明的目的是为了提高LiFePO₄正极材料的基础电性能，采用了原位合成含Ti+V磷酸铁的前驱体，高温烧结制备Ti+V掺杂的磷酸铁锂，通过优化合成工艺，制得高振实密度的金属离子掺杂的磷酸铁材料。

技术领域

本发明涉及电化学电源材料制备技术领域，具体为Ti、V元素复合掺杂的磷酸铁锂制备方法。

背景技术

近年来，随着新能源汽车市场的快速增长，中国动力锂离子电池市场也获得了飞速发展。其中磷酸铁锂因环境友好、原料低廉、理论容量高 (170mAh/g)、电压平台平稳、安全性能极佳、循环性能优异等优点而成为应用最成功的锂离子电池正极材料之一。然而LFP稳定的晶体结构也导致了其低的电子导电率(10-9～10-10S·cm^-1)和锂离子(Li⁺)迁移率(10-13～ 10-16cm²·s^-1)，这使得电化学性能受到严重限制。因此，克服材料本身缺陷，提升其可逆容量及倍率性能，便成为国内外储能器件领域的热门课题之一。当前技术主要是通过结构纳米化、碳包覆和离子掺杂这三种方式来改善材料的导电性能。其中碳包覆对材料导电性能改善程度有限；金属纳米化和离子掺杂效果虽能大幅度提高材料导电性，但不能对材料充分包覆及均匀掺杂。本发明采用对前驱体磷酸铁合成时进行金属掺杂(掺杂的是Ti源和V源)，合成过程通过加入晶形控制剂，得到球形高振实密度金属离子均匀掺杂的磷酸铁材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供Ti、V元素复合掺杂的磷酸铁锂制备方法，提高LiFePO₄正极材料的基础电性能，采用了原位合成含Ti+V磷酸铁的前驱体，高温烧结制备Ti+V掺杂的磷酸铁锂，通过优化合成工艺，制得高振实密度的金属离子掺杂的磷酸铁材料，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：Ti、V元素复合掺杂的磷酸铁锂制备方法，包括以下步骤：

(1)先将Fe³⁺源和磷源分别配制成已知的浓度溶液，按一定比例缓慢滴入装有磷酸底液的磁力搅拌容器中，控制溶液PH值在1.5-1.8范围内，然后加热(温度控制80-90℃左右)搅拌沉淀制得二水磷酸铁；

(2)将制得的二水磷酸铁过滤洗涤干燥后，再通过550-700℃的温度煅烧3-5h，得到无水磷酸铁；

(3)将磷酸铁与锂源以摩尔比1∶(1-1.05)均匀混合，同时加入适量碳源、一定量的Ti源和V源，在与去离子水混合后转移到球磨机中用 450-500r/min球磨4-6h，得到的浆料，浆料粒径D50＜600nm；

(4)将得到的浆料干燥后在氮氢混合气气氛保护下，经过700-730℃高温处理5-10h制得碳包覆的磷酸铁锂。

作为本发明的一种优选技术方案：所述铁离子为硫酸铁、氧化铁、氯化铁、硝酸铁中的一种或一种以上。

作为本发明的一种优选技术方案：所述磷源为磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢盐中的一种或一种以上。

作为本发明的一种优选技术方案：所述锂源为碳酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂中的一种或一种以上。

作为本发明的一种优选技术方案：所述碳源为葡萄糖、淀粉、柠檬酸、酚醛树脂中的一种或一种以上。