一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法與流程
1.本發明涉及鋰離子電池材料技術領域，尤其涉及一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法。
背景技術：
2.磷酸鐵鋰正極材料具有安全性能好、價格低廉、綠環保、使用壽命長的優點，是最具前景的鋰離子電池正極材料之一。由于磷酸鐵鋰的電子導電性能及離子導電性能較差，通過材料納米化、表面覆碳、離子摻雜手段能夠有效的改善磷酸鐵鋰正極材料的電化學性能。納米化是通過技術手段減小材料一次顆粒的尺寸，減小電子及離子的遷移距離，表面覆碳能夠進一步增加材料的電導率，離子摻雜能夠增加材料導電率及拓寬離子遷移通道的作用。
3.其中離子摻雜是將一定量的帶電荷的離子注入到固體材料中，依次改變材料的物理和化學性能的方法。通過加入額外的離子，可以有效提高對電荷的負載能力，從而提升電極材料的導電率和離子遷移通道寬度。目前用于磷酸鐵鋰材料的離子摻雜方法一般是使用濕法工藝，通過多個步驟分別加入不同的離子成分，從而獲得復合性的離子摻雜效果，才能有效提高導電率。但是這種方法還存在一定問題，即目前使用多步驟摻雜離子的方式工藝較為復雜，導致生產流程繁瑣、設備繁多，同時其原料也相對較為昂貴，因此需要一種更好的生產工藝。
技術實現要素：
4.針對現有技術中所存在的不足，本發明提供了一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，其解決了現有技術中存在的工藝較為復雜，導致生產流程繁瑣、設備繁多，同時其原料也相對較為昂貴的問題。
5.根據本發明的實施例，一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，包括以下步驟：
6.s1、將鐵、碳酸鋰、二氧化鈦、磷源作為原料，按比例配料；
7.s2、將上述原料中的磷源與弱酸混合，加水至完全溶解獲得混酸溶液；
8.s3、將鐵和二氧化鈦加入混酸溶液，然后加熱并充分攪拌5-15小時，待充分反應后將浸泡中的物料加入到高能磨中進行球磨處理5-15小時，研磨完成后再將碳酸鋰、葡萄糖加入繼續研磨5-15小時，完成后進行噴霧造粒；
9.s4、將上一步驟獲得的物料投入氣氛燒結爐中進行燒結并保溫6-20h，冷卻后獲得所需產品。
10.進一步的，所述的原料在配料時按照li：fe：ti：p＝1：1-x：x：1的摩爾比進行計算，其中0＜x＜0.2。
11.進一步的，所述磷源為磷酸或磷酸二氫銨。
12.進一步的，所述弱酸為二水草酸或檸檬酸或兩者的混合物。
13.進一步的，所述步驟s3中加熱溫度為40-80℃。
14.進一步的，所述步驟s4中在氣氛燒結爐中通入氮氣，并以500℃～750℃的溫度進行燒結。
15.相比于現有技術，本發明具有如下有益效果：
16.1、本發明以鐵粉，工業磷酸作為鐵源和磷源，采用半濕法一步制備工藝，本技術特點是一步反應，摻雜方式簡單有效；
17.2、本工藝制備的磷酸鐵鋰正極材料，具有原材料價格低廉、制備工藝簡單且穩定可控，無任何廢排、綠環保、性能優良、適用于工業化連續生產的特點；
18.3、材料平均單晶粒度＜100nm，二次顆粒度15～35μm，能有效提高磷酸鐵鋰正極材料的克容量，使得產品的克容量＞155mah/g，同時循環壽命＞2000次，倍率性能優良(5c＞120mah/g)，低溫性能好，-20℃下容量保持率大于85％。
具體實施方式
19.下面結合實施例對本發明中的技術方案進一步說明。
20.實施例1
21.(1)當life
1-x
ti
x
po4(x＝0.03)，以li：fe：ti：p各元素摩爾比為1：0.97：0.03：1。
22.(2)將72.1kg濃度為85％的磷酸、5kg二水草酸及5kg檸檬酸的溶解于去離子水中制成混酸溶液，再向混酸溶液中加入33.88kg粒徑小于100μm的金屬鐵粉和1.49kg的二氧化鈦，在40℃下加熱并攪拌浸泡反應15h，然后將浸泡好的物料加入高能磨中研磨反應15h，隨后加入23.2kg碳酸鋰以及10kg葡萄糖繼續研磨15h。
23.(3)將磨好的料在離心噴霧機內進行噴霧干燥處理獲得15～35μm的球形顆粒。
24.(4)將噴霧干燥好的球形顆粒粉料，在通入氮氣的燒結爐內500℃℃煅燒處理，并保溫20小時。
25.(5)將上述煅燒后的料進行氣流粉碎處理，得到單晶顆粒尺寸80-200納米，二次顆粒粒度范圍在5-25微米的球形磷酸鐵鋰鈦摻雜正極材料。
26.本實施例產品的克容量為160mah/g，循環壽命2200次，倍率性能為5c克容量125mah/g。
27.實施例2
28.(1)當life
1-x
ti
x
po4(x＝0.06)，以li：fe：ti：p各元素摩爾比為1：0.94：0.06：1。
29.(2)將64.3kg磷酸二氫銨、15kg二水草酸溶解于去離子水中制成混酸溶液，在混酸溶液中加入32.83kg粒徑小于100μm的金屬鐵粉和2.99kg的二氧化鈦，在60℃下加熱并攪拌浸泡反應10h，然后將浸泡好的物料加入高能磨中研磨反應10h，隨后加入23.2kg碳酸鋰以及10kg葡萄糖繼續研磨10h。
30.(3)將磨好的料在離心噴霧機內進行噴霧干燥處理獲得15～35μm的球形顆粒。
31.(4)將噴霧干燥好的球形顆粒粉料，在通入氮氣的燒結爐內600℃煅燒處理，并保溫13小時。
32.(5)將上述煅燒后的料進行氣流粉碎處理，得到單晶顆粒尺寸80-200納米，二次顆粒粒度范圍在5-25微米的球形磷酸鐵鋰鈦摻雜正極材料。
33.本實施例產品的克容量為165mah/g，循環壽命2150次，倍率性能為5c克容量
130mah/g。
34.實施例3
35.當life
1-x
ti
x
po4(x＝0.15)，以li：fe：ti：p各元素摩爾比為1：0.85：0.15：1。
36.將72.1kg濃度為85％的磷酸、20kg檸檬酸的溶解于去離子水中制成混酸溶液，在混酸溶液中加入29.68kg粒徑小于100μm的金屬鐵粉和7.49kg的二氧化鈦，在80℃下加熱并攪拌浸泡反應5h，然后將浸泡好的物料加入高能磨中研磨反應5h，隨后加入23.2kg碳酸鋰以及10kg葡萄糖繼續研磨5h
37.(3)將磨好的料在離心噴霧機內進行噴霧干燥處理獲得15～35μm的球形顆粒。
38.(4)將噴霧干燥好的球形顆粒粉料，在通入氮氣的燒結爐內750℃煅燒處理，并保溫6小時。
39.(5)將上述煅燒后的料進行氣流粉碎處理，得到單晶顆粒尺寸80-200納米，二次顆粒粒度范圍在5-25微米的球形磷酸鐵鋰鈦摻雜正極材料。
40.本實施例產品的克容量為171mah/g，循環壽命2230次，倍率性能為5c克容量133mah/g。
41.最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
技術特征：
1.一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，其特征在于，包括以下步驟：s1、將鐵、碳酸鋰、二氧化鈦、磷源作為原料，按比例配料；s2、將上述原料中的磷源與弱酸混合，加水至完全溶解獲得混酸溶液；s3、將鐵和二氧化鈦加入混酸溶液，然后加熱并充分攪拌5-15小時，待充分反應后將浸泡中的物料加入到高能磨中進行球磨處理5-15小時，研磨完成后再將碳酸鋰、葡萄糖加入繼續研磨5-15小時，完成后進行噴霧造粒；s4、將上一步驟獲得的物料投入氣氛燒結爐中進行燒結并保溫6-20h，冷卻后獲得所需產品。2.如權利要求1所述的一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，其特征在于：所述的原料在配料時按照li：fe：ti：p＝1：1-x：x：1的摩爾比進行計算，其中0＜x＜0.2。3.如權利要求1所述的一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，其特征在于：所述磷源為磷酸或磷酸二氫銨。4.如權利要求1所述的一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，其特征在于：所述弱酸為二水草酸或檸檬酸或兩者的混合物。5.如權利要求1所述的一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，其特征在于：所述步驟s3中加熱溫度為40-80℃。6.如權利要求1所述的一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，其特征在于：所述步驟s4中在氣氛燒結爐中通入氮氣，并以500℃～750℃的溫度進行燒結。
技術總結
本發明提供了一種一步工藝制備高倍率鈦摻雜磷酸鋰鐵的方法，包括以下步驟：將鐵、碳酸鋰、二氧化鈦、磷源作為原料，按比例配料；將原料中的磷源與弱酸混合，加水至完全溶解獲得混酸溶液；將鐵和二氧化鈦加入混酸溶液，然后加熱并充分攪拌，然后用高能磨中進行球磨處理，再將碳酸鋰、葡萄糖加入繼續研磨，完成后進行噴霧造粒；投入氣氛燒結爐中進行燒結并保溫，冷卻后獲得所需產品。本發明以鐵粉，工業磷酸作為鐵源和磷源，采用半濕法一步制備工藝，本技術特點是一步反應，摻雜方式簡單有效；本工藝制備的磷酸鐵鋰正極材料，具有原材料價格低廉、制備工藝簡單且穩定可控，無任何廢排、綠環保、性能優良、適用于工業化連續生產的特點。適用于工業化連續生產的特點。
