專利名稱：一種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法
一種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法技術領域
本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，尤其是涉及一種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法。
背景技術：
1997年A. K. Padhi和J. B. Goodenough首先提出了磷酸鐵鋰可以作為鋰離子電池的正極材料，并進行了合成和電化學性能評估，最原始的磷酸鐵鋰專利掌握在 J. B. Goodenough 手中。2002 年 MIT 的 Chung 和 Yet-Ming Chiang 在 Nature 刊物上發表了高價離子摻雜的磷酸鐵鋰，通過摻雜該材料的電導率提高了 4-6個數量級，同時該技術也申請了專利。而提高電導率的另外一個技術途徑是碳包覆，該技術由法國人MArmand博士提出。以上三個磷酸鐵鋰技術構成了現在磷酸鐵鋰生產的核心技術。
制備磷酸鐵鋰時，一般先制備成磷酸鐵鋰前驅體，再將磷酸鐵鋰前驅體進行高溫燒結得到磷酸鐵鋰正極材料。磷酸鐵鋰前驅體的制備方法多種多樣，有噴霧干燥法、固相機械球磨法、液相球磨法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等。
噴霧干燥法能很好地實現固液混合物的分離，從而得到干燥的球形粉體材料，廣泛用于食品、化工等行業。但是，用噴霧干燥法制備磷酸鐵鋰前驅體時，大部分粉體從旋風分離器收集，少部分粉體從濾袋收集，兩處收集的粉體主體元素比例差別很大。通常的做法是，濾袋粉體棄之不用，只取旋風粉體作為磷酸鐵鋰前驅體，經高溫燒結制得磷酸鐵鋰。由于旋風分離器收集的磷酸鐵鋰前驅體的元素得不到控制，使得鐵含量常常低于正常值，流失的鐵進入濾袋中，這是由噴霧干燥技術本身的缺陷造成的。但在配料時，通常按正常量加入鐵，這導致磷酸鐵鋰前驅體缺鐵造成質量不穩定，這種磷酸鐵鋰前驅體高溫燒結后得到的磷酸鐵鋰含有雜項，性能受到影響。發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供了一種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法，該方法簡單易行，能夠控制旋風分離器收集到磷酸鐵鋰前驅體中的主體元素，提高磷酸鐵鋰前驅體批次穩定性，保證磷酸鐵鋰前驅體高溫燒結后得到的磷酸鐵鋰無雜項，性能好。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是
—種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法，采用噴霧干燥法制備出落入旋風分離器的磷酸鐵鋰前驅體，其特點是根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量分析，添加含量的主體元素，直至磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比滿足制定的比值范圍。
本發明還可以采用如下技術方案
所述磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比為鋰鐵磷=0. 95 1. 05 0. 95 1. 05 1。
本發明具有的優點和積極效果是
本發明將噴霧干燥法制備出的磷酸鐵鋰前驅體進行ICP主體元素分析，根據分析結果調整主體元素配料比，消除了主體元素不可控因素，提高了磷酸鐵鋰前驅體批次穩定性，并且方法簡單易行，保證了磷酸鐵鋰前驅體高溫燒結后得到的磷酸鐵鋰放電容量高、循環穩定，具有較好的電化學性能，非常適合大規模工業化生產過程。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，詳細說明如下
一種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法，采用噴霧干燥法制備出落入旋風分離器的磷酸鐵鋰前驅體。
本發明的創新點是根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量分析，添加含量的主體元素，直至磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比滿足制定的比值范圍；所述磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比為鋰鐵磷=0. 95 1. 05 0. 95 1. 05 1。
比較例1
在300L球磨機中加入乙醇90L，再依次加入氧化鐵12. 1kg，磷酸二氫鋰15. Ag，氧化鎂四.8g，碳黑ι. m^g，球磨池后將漿料噴霧干燥，得到球形、粒徑分布均勻的磷酸鐵鋰前驅體；將磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°c /min升溫到700°C，高溫燒結12h， 降溫得到球形磷酸鐵鋰粉末。
實施例1
根據比較例1制備出磷酸鐵鋰前驅體，根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量摩爾比鋰鐵磷=0. 95 1. 05 0. 95 1. 05 1，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量測試分析，結果為鋰鐵磷=1.04 0.91 1，未滿足所述制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量；在磷酸鐵鋰前驅體中添加氧化鐵0. 7kg, 攪拌后，再對磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比進行測試分析，結果摩爾比為鋰鐵磷 =1.04 1.02 1，滿足了制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比；再將滿足制定的所述含量比的磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°C /min升溫到700°C，高溫燒結12h， 降溫后得到球形磷酸鐵鋰粉末。
比較例2
在300L球磨機中加入乙醇95L，再依次加入氧化鐵12. 1kg，磷酸二氫鋰15. Ag，氧化鎂四.8g，碳黑ι. m^g，球磨池后將漿料噴霧干燥，得到球形、粒徑分布均勻的磷酸鐵鋰前驅體；將磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°c /min升溫到700°C，高溫燒結12h， 降溫得到球形磷酸鐵鋰粉末。
實施例2
根據比較例2制備出磷酸鐵鋰前驅體，根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量摩爾比鋰鐵磷=0. 95 1. 05 0. 95 1. 05 1，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量測試分析，結果為鋰鐵磷=1.03 0.91 1，未滿足所述制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量；在磷酸鐵鋰前驅體中添加氧化鐵0. 7kg,攪拌后，再對磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比進行測試分析，結果摩爾比為鋰鐵磷 =1.04 1.01 1，滿足了制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比；再將滿足制定的所述含量比的磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°C /min升溫到700°C，高溫燒結12h， 降溫后得到球形磷酸鐵鋰粉末。
比較例3
在300L球磨機中加入乙醇100L，再依次加入氧化鐵12. 1kg，磷酸二氫鋰15. 7kg, 氧化鎂29. Sg,碳黑1. 8kg,球磨池后將漿料噴霧干燥，得到球形、粒徑分布均勻的磷酸鐵鋰前驅體；將磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°C /min升溫到700°C，高溫燒結 12h，降溫得到球形磷酸鐵鋰粉末。
實施例3
根據比較例3制備出磷酸鐵鋰前驅體，根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量摩爾比鋰鐵磷=0. 95 1. 05 0. 95 1. 05 1，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量測試分析，結果為鋰鐵磷=1.03 0.86 1，未滿足所述制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量；在磷酸鐵鋰前驅體中添加氧化鐵0. 7kg, 攪拌后，再對磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比進行測試分析，結果摩爾比為鋰鐵磷 =1.04 1.01 1，滿足了制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比；再將滿足制定的所述含量比的磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°C /min升溫到700°C，高溫燒結12h， 降溫后得到球形磷酸鐵鋰粉末。
比較例4
在300L球磨機中加入乙醇105L，再依次加入氧化鐵12. 1kg，磷酸二氫鋰15. 7kg, 氧化鎂29. Sg,碳黑1. 8kg,球磨池后將漿料噴霧干燥，得到球形、粒徑分布均勻的磷酸鐵鋰前驅體；將磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°C /min升溫到700°C，高溫燒結 12h，降溫得到球形磷酸鐵鋰粉末。
實施例4
根據比較例4制備出磷酸鐵鋰前驅體，根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量摩爾比鋰鐵磷=0. 95 1. 05 0. 95 1. 05 1，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量測試分析，結果為鋰鐵磷=1.03 0.91 1，未滿足所述制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量；在磷酸鐵鋰前驅體中添加氧化鐵0. 7kg, 攪拌后，再對磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比進行測試分析，結果摩爾比為鋰鐵磷 =1.03 0.99 1，滿足了制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比；再將滿足制定的所述含量比的磷酸鐵鋰前驅體置于高溫爐中，惰性氣氛下6°C /min升溫到700°C，高溫燒結12h， 降溫后得到球形磷酸鐵鋰粉末。
表1列出了不同實施例和比較例的前驅體的ICP分析結果及這些前驅體經高溫處理后得到的磷酸鐵鋰的性能比較。
表1不同實施例和比較例的前驅體ICP分析及前驅體經
高溫處理后得到的磷酸鐵鋰的性能比較
權利要求
1.一種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法，采用噴霧干燥法制備出落入旋風分離器的磷酸鐵鋰前驅體，其特征在于根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量分析，添加含量的主體元素，直至磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比滿足制定的比值范圍。
2.根據權利要求2所述的磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法，其特征在于所述磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比為鋰鐵磷=0. 95 1. 05 0. 95 1. 05 1。
全文摘要
本發明涉及一種磷酸鐵鋰前驅體元素控制方法，采用噴霧干燥法制備出落入旋風分離器的磷酸鐵鋰前驅體，其特點是根據制定的磷酸鐵鋰前驅體主體元素含量比，用電感耦合等離子發射光譜儀對所述磷酸鐵鋰前驅體進行主體元素含量分析，添加含量的主體元素，直至磷酸鐵鋰前驅體的主體元素含量比滿足制定的比值范圍。本發明將噴霧干燥法制備出的磷酸鐵鋰前驅體進行ICP主體元素分析，根據分析結果調整主體元素配料比，消除了主體元素不可控因素，提高了磷酸鐵鋰前驅體批次穩定性，并且方法簡單易行，保證了磷酸鐵鋰前驅體高溫燒結后得到的磷酸鐵鋰放電容量高、循環穩定，具有較好的電化學性能，非常適合大規模工業化生產過程。
文檔編號C01B25/45GK102502560SQ201110294780
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月27日 優先權日2011年9月27日
發明者付亞娟, 張志偉, 葛亮, 郝明明, 郭春雨, 韓宇 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所