[发明专利]一种低成本磷酸铁锂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本磷酸铁锂复合材料的制备方法，是将锂源、磷源、铁源、锰源添加到有机碳源混合后，进行钛掺杂和碳包覆，之后在微波加热合成掺杂有锰酸锂的磷酸铁锂复合材料前驱体，再采用气体表面改性降低其复合材料的活性点，提高其材料的首次效率。本发明其制备出的磷酸铁锂复合材料，由于采用微波加热降低能耗、提高效率，碳源为沥青类材料具有成本低、来源广泛等优点，同时掺杂有低成本的锰酸锂一方面提高电池的电压平台提高能量密度，另一方面，成本较低的锰酸锂会降低材料的成本。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体地说是一种低成本磷酸铁锂复合材料及其制备过程。

背景技术

磷酸铁锂电池以其成本低、安全性能高、材料来源广泛、循环寿命长等优点而广泛应用于客车、储能等领域。目前磷酸铁锂制备主要采用磷酸铁或氧化铁和锂源进行混合制成，并添加到葡萄糖等有机碳源中进行碳包覆，并在惰性气氛下进行高温烧结，其存在烧结周期长耗电量大、碳源成本高，同时国际市场锂盐价格稳定，透明，造成其磷酸铁锂价格难以有明显降低，如何有效降低磷酸铁锂的成本成为未来动力电池提升市场竞争力的关键因素。而锰酸锂材料具有价格低廉、市场稳定、电压平台高、但是其循环性能偏差，如与长寿命磷酸铁锂混合或合成，一方面可以发挥其磷酸铁锂长寿命的特性，另一方面发挥其锰酸锂价格低、能量密度高的特性，并发挥其两者间的协同效应，提高其能量密度、降低成本并兼顾电池的能量密度，同时采用，微波合成法提高合成效率，降低能耗，则可以从多方面降低其磷酸铁锂的综合成本。

发明内容

为降低其磷酸铁锂的成本，本发明通过在磷酸铁锂中掺杂价格便宜的锰酸锂，采用低成本的沥青碳源，并利用其微波合成技术提升效率降低能耗，降低其磷酸铁锂成本。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种低成本磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，以质量计，包括以下步骤：

1）、制备前驱体材料A；将2.4-11.1g锂源，11.5-13.2g磷源，19.0g铁源,1.73-8.65g锰源添加到500ml去离子水，并通过球磨机混合均匀后，喷雾干燥得到前驱体材料A；

其中，所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的一种；

磷源为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种或多种的混合物；

铁源为醋酸铁；锰源为醋酸锰；

摩尔比，锂源：磷源：铁源：锰源=（1～2）：1:1：（0.1～0.6）；

2）、制备前驱体材料B；将100g前驱体材料A、1-5g分散剂、1-5g添加剂添加到200-300ml、浓度为0.5-2%的包覆剂溶液中混合均匀后，球磨，并在微波条件下进行加热：功率2000W，时间30min，得到前驱体材料B；

其中，包覆剂为改性沥青类材料；

分散剂为烷基苯磺酸钙，聚乙烯吡咯烷酮中的一种；

添加剂为钛酸四丁酯、二异丙氧基二氯化钛，2-乙基己基氧化钛中的一种；

3） 、将前驱体材料B转移到管式炉中，并通入混合气体对其进行表面改性，最后得到磷酸铁锂复合材料。

混合气体为惰性气体和氢气的混合气，体积比（1～10）：1；

所述的改性类沥青材料为：将低温沥青粉碎后，添加碳酸钠造孔剂、对苯二甲醛交联剂、三氯化铁氧化剂混合均匀后，升温到（200～350）℃，之后通入氨气进行氮化，最后得到含氮的交联沥青。

所述的质量比，低温沥青：碳酸钠：对苯二甲醛：三氯化铁=100:（0.5～2）:（2～6）:（1～5）。