專利名稱：一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種磷酸鐵復合材料的制備方法。
背景技術：
在動力電池領域，對電池材料有非?？量痰囊螅谝粋€就是安全性，由于磷酸鐵鋰本身結構的穩定性，在高溫下不釋放氧氣，徹底杜絕了傳統正極材料所帶來的安全性問題，提高了動力電池的安全性；其次是優良的電化學性能，而且材料通過碳包覆和金屬離子摻雜后具有優異的倍率特性，由于磷酸根良好的結構穩定性，理論上可以做到2000次的循環壽命，特別適合各種大功率電器用電池及汽車等動力電池，所以目前磷酸鐵鋰材料被公認為是最適合做大容量動力電池材料的首選材料。磷酸鐵在合成磷酸鐵鋰材料過程中具備形貌可控的優點，而且電池級磷酸鐵的化學活性比氧化鐵高，制備的磷酸鐵鋰材料電化學性能優良，在實體電池中IC容量發揮超過135mAh/g，因為磷酸鐵的突出優點，目前已經成為了合成磷酸鐵鋰材料的主要原料。磷酸鐵作為合成磷酸鐵鋰的最重要的原材料，磷酸鐵復合物的鐵磷比是最重要的一個指標。目前電池級磷酸鐵主要是采用沉淀法制備，所用原材料為硫酸亞鐵、工業磷酸，采用雙氧水和次氯酸鈉做氧化劑，其生產過程如下在氫氧化鈉或者氨水條件下反應，控制pH值在2 4之間，當pH值高于2. 5時，溶液中將會析出氫氧化鐵沉淀，為了嚴格控制pH值，磷酸和硫酸亞鐵的投料量摩爾比值一般約為3 6左右。上述制備方法存在的缺點是沉淀分離時廢液酸性較強，并含有大量的磷酸根、硫酸根和鈉離子，環境污染嚴重；并且需要耗費大量的水資源。

發明內容
本發明的目的是提供一種反應條件溫和、設備可靠性好、無廢液污染的電池級磷酸鐵復合材料的制備方法。為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案。所述的一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，包括以下步驟將鐵源、磷源和添加劑加入到去離子水中進行充分混合研磨2 8小時，所述鐵源、磷源和添加劑的摩爾比為(O. 97 I. 03) : (O. 97 I. 03) : (O O. 03);然后進行噴霧干燥得到球形磷酸鐵前驅物；接著將球形磷酸鐵前驅物在空氣或氧氣氣氛下進行高溫燒結，燒結溫度為500 850°C，燒結6 12小時后得到電池級磷酸鐵復合材料；所述的鐵源為草酸亞鐵、氧化鐵中的一種或幾種；所述的磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種或幾種；所述的添加劑為氧化鋁、氧化鈦、氧化鎂、氧化銅中的一種或幾種。進一步地，前述的一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，其中，所述去離子水的用量為鐵源、磷源和添加劑總重量的60% 150%。進一步地，前述的一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，其中，控制噴霧干燥過程中的進口溫度為150 350°C，出口溫度為80 150°C，霧化盤轉速為6000 20000轉/分。進一步地，前述的一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，其中，高溫燒結過程中所用空氣或氧氣的進氣量為10 30立方米/小時。本發明的有益效果本發明采用高溫固相法合成電池級磷酸鐵復合材料，與傳統沉淀法制備正磷酸鐵的方法相比，本發明所述方法的反應條件溫和，不需要高酸性環境，設備可靠性好，同時減少了沉淀法中磷酸原材料的過量投入，節省了原材料成本；而且無廢液產生，對環境無污染；制備的材料具有球形度好和振實密度高的優點，并將傳統的正磷酸鐵脫水工序一體化，可顯著降低能耗和縮短工時，滿足低成本高品質磷酸鐵鋰的原料需求，有助于提高磷酸鐵鋰材料在電動車、電動工具、汽車42V電池、光伏儲能電池等大型動力電池方面的競爭力。
具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進一步說明。實施例I。取202. 96g草酸亞鐵(純度97. 5%)，129. 07g磷酸二氫銨(化學純)，I. 75g氧化銅(分析純)，用400ml去離子水作為溶劑將草酸亞鐵、磷酸二氫銨和氧化銅均勻分散研磨4小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數，進口溫度350°C，出口溫度120°C，霧化盤轉速20000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進行高溫燒結，空氣流量30立方米/小時，燒結溫度750°C，燒結6小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。實施例2。取100. 96g草酸亞鐵(純度97. 5%), 45. 27g氧化鐵紅(純度97. 0%)，148. OOg磷酸氫二銨(化學純)，I. 33g氧化鎂(分析純)，用230ml去離子水作為溶劑將草酸亞鐵、氧化鐵紅、磷酸氫二銨和氧化鎂均勻分散研磨6小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數，進口溫度300°C，出口溫度90°C，霧化盤轉速8000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在氧氣中進行高溫燒結，氧氣流量10立方米/小時,燒結溫度650°C，燒結8小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。實施例3。取100. 96g草酸亞鐵(純度97. 5%), 45. 27g氧化鐵紅(純度97. 0%),65. 50g磷酸二氫銨(化學純)，65. OOg工業磷酸(85%質量濃度)，O. 88g氧化鈦(分析純)，用280ml去離子水作為溶劑將草酸亞鐵、氧化鐵紅、磷酸二氫銨、工業磷酸和氧化鈦均勻分散研磨4小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數，進口溫度300°C，出口溫度100°C，霧化盤轉速12000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在氧氣中進行高溫燒結，氧氣流量15立方米/小時，燒結溫度680°C，燒結12小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。實施例4。取90. 54g氧化鐵紅(純度97. 0%),75. OOg磷酸氫二銨(化學純)，65. OOg工業磷酸(85%質量濃度)，I. 31g氧化銅(分析純)，用240ml去離子水作為溶劑將氧化鐵紅、磷酸氫二銨、工業磷酸、氧化銅均勻分散研磨2小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數，進口溫度300°C，出口溫度120°C，霧化盤轉速8000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進行高溫燒結，空氣流量20立方米/小時，燒結溫度500°C，燒結12小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。實施例5。取100. 96g草酸亞鐵(純度97. 5%), 45. 27g氧化鐵紅(純度97. 0%), 167. 3g磷酸銨(化學純)，0. 44g氧化鎂(分析純)，用300ml去離子水作為溶劑將草酸亞鐵、氧化鐵紅、磷酸銨、氧化鎂均勻分散研磨8小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數，進口溫度300°C，出口溫度120°C，霧化盤轉速8000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在氧氣中進行高溫燒結，氧氣流量15立方米/小時，燒結溫度550°C，燒結10小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。實施例6。取202. 96g草酸亞鐵(純度97. 5%)，129. 07g磷酸二氫銨(化學純)，用400ml去離子水作為溶劑將草酸亞鐵、磷酸二氫銨均勻分散研磨4小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干 燥參數，進口溫度350°C，出口溫度120°C，霧化盤轉速20000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進行高溫燒結，空氣流量30立方米/小時，燒結溫度750°C，燒結6小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。實施例7。取202. 96g草酸亞鐵(純度97. 5%)，129. 07g磷酸二氫銨(化學純)，I. Og氧化鋁(分析純)，用400ml去離子水作為溶劑將草酸亞鐵、磷酸二氫銨和氧化鋁均勻分散研磨4小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數，進口溫度350°C，出口溫度120°C，霧化盤轉速20000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進行高溫燒結，空氣流量30立方米/小時，燒結溫度750°C，燒結6小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。實施例8。取202. 96g草酸亞鐵(純度97. 5%)，129. 07g磷酸二氫銨(化學純)，O. 85g氧化銅(分析純)、0. 5g氧化鋁(分析純),用400ml去離子水作為溶劑將草酸亞鐵、磷酸二氫銨、氧化銅和氧化鋁均勻分散研磨4小時后進行噴霧干燥；設定噴霧干燥參數，進口溫度350°C，出口溫度120°C，霧化盤轉速20000轉/分，然后將噴霧干燥得到的球形物料在空氣中進行高溫燒結，空氣流量30立方米/小時，燒結溫度750°C，燒結6小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。以上僅是本發明的具體應用范例，對本發明的保護范圍不構成任何限制。凡采用同等變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明的權利保護范圍之內。
權利要求
1.一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟將鐵源、磷源和添加劑加入到去離子水中進行充分混合研磨2 8小時，所述鐵源、磷源和添加劑的摩爾比為(O. 97 L 03) (O. 97 L 03) : (O O. 03);然后進行噴霧干燥得到球形磷酸鐵前驅物；接著將球形磷酸鐵前驅物在空氣或氧氣氣氛下進行高溫燒結，燒結溫度為500 850°C，燒結6 12小時后得到電池級磷酸鐵復合材料；所述的鐵源為草酸亞鐵、氧化鐵中的一種或幾種；所述的磷源為磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種或幾種；所述的添加劑為氧化鋁、氧化鈦、氧化鎂、氧化銅中的一種或幾種。
2.根據權利要求I所述的一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，其特征在于所述去離子水的用量為鐵源、磷源和添加劑總重量的60% 150%。
3.根據權利要求I或2所述的一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，其特征在于控制噴霧干燥過程中的進口溫度為150 350°C，出口溫度為80 150°C，霧化盤轉速為6000 20000 轉 / 分。
4.根據權利要求I或2所述的一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，其特征在于高溫燒結過程中所用空氣或氧氣的進氣量為10 30立方米/小時。
全文摘要
本發明公開了一種電池級磷酸鐵復合材料的制備方法，包括以下步驟將鐵源、磷源和添加劑加入到去離子水中進行充分混合研磨2～8小時，所述鐵源、磷源和添加劑的摩爾比為(0.97～1.03)(0.97～1.03)(0～0.03)；然后進行噴霧干燥得到球形磷酸鐵前驅物；接著將球形磷酸鐵前驅物在空氣或氧氣氣氛下進行高溫燒結，燒結溫度為500～850℃，燒結6～12小時后得到電池級磷酸鐵復合材料。本發明所述的制備方法反應條件溫和、設備可靠性好、無廢液污染，有助于提高磷酸鐵鋰材料在電動車、電動工具、汽車42V電池、光伏儲能電池等大型動力電池方面的競爭力。
文檔編號C01B25/37GK102897738SQ20121036207
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者蔣華鋒, 駱宏鈞 申請人:江蘇國泰鋰寶新材料有限公司