一種鋰離子電池陽極材料的制作方法

專利名稱：一種鋰離子電池陽極材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池陽極材料的制作方法，具體是一種鋰離子電池陽極材 料的制作方法。
背景技術：
隨著化石能源的日益減少和對環境的污染日益被人類重視，尋找新型 清潔能源已成為當務之急，因此電能的利用已被也越來越被人們重視。但 是電能在移動物體上的使用受到了很大的限制，目前唯一的方法就是使用 蓄電池。但是傳統的鉛酸蓄電池有自身無法克服的缺點， 一是污染嚴重， 其中鉛和酸都是嚴重污染源。二是自重大，比容量小。三是使用壽命短， 沖、放次數少。近幾年鋰離子電池發展很快，.特別是磷酸鐵材料的出現， 使電能的使用將產生革命性的變化。目前磷酸鐵鋰電池的研究美國、日本 處在領先地位，我國尚在起步階段，已有天津、蘇州、湖南多家生產。但 我國在磷酸鐵鋰材料生產、應用上存在以下幾個問題 一是傳統的生產方 法對工藝要求高。二是產品質量不穩定，每一批次的技術指標不能一致。 三是成本較高，所有這些問題都亟待解決。

發明內容
為解決上述問題，本發明提供一種鋰離子電池陽極材料的制作方法， 為我國磷酸鐵鋰電池的材料的生產提供了一種新途徑。
本發明是以如下技術方案實現的 一種鋰離子電池陽極材料的制作方 法，所用的原料為-
鐵粉Fe 56份，硫酸H2S04 98份，碳酸鈉Na2C03 106份，氫氧化鋰 LiOH 24份或碳酸鋰LI2C03 37份，磷酸H3P04 9 8份。
制作方法具體按下述步驟進行
1、 制備硫酸亞鐵(FeS04):
將過量的鐵粉(Fe)，加入到9raol/L稀硫酸(仏504)中，完全反應后得 到硫酸亞鐵(FeS0。溶液備用。
2、 制備碳酸亞鐵(FeC03):將步驟1所得硫酸亞鐵(FeS04)溶液置于密閉溶器中，加入碳酸鈉 (Na2C03)溶液；反應沉淀，分離沉淀，得所需要的碳酸亞鐵(FeC03)，用水 清洗沉淀，待用。
3、 制備磷酸二氫鋰(LiH2P04):
將含溶質mol數相等的氫氧化鋰(LiOH)溶液和磷酸(H3P04)溶液混 和，或者將碳酸鋰(Li2C03)和磷酸(H3P04)溶液按含反應物mol數為1-2比例混和，即可得到磷酸二氫鋰(LiH2P04)溶液。
4、 制取磷酸亞鐵鋰(LiFeP04):
(1)將等mol數的磷酸二氫鋰(LiH2P04)溶液，緩慢加入到碳酸亞 鐵(FeC03)沉淀中，不斷攪拌，生成二氧化碳(C02)氣體后，即可得到 純凈的磷酸亞鐵鋰(LiFeP0J沉淀，此為橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰 (LiFeP04)電池陽極材料的前驅體；
(2)將步驟4所得的磷酸亞鐵鋰(UFeP0J和淀粉等碳包覆材料在保 護環境下放入煅燒窯中加熱煅燒，即得橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰 (LiFeP0J電池陽極材料。
橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰電池陽極材料的前驅體放入煅燒窯中煅 燒的溫度為500-700°C。煅燒時間8-9小時。 上述方案的原理是
(一) 、H2S04+Fe=FeS04+H2 t
(二) 、 FeS04+Na2C03=FeC03 1 +Na2S04
(三) 、LiOH+H3P04=LiH2P04+H20 Li2C03+2H3P04=2LiH2P04+C02 t +H20
(四) 、LiH2P04+FeC03=LiFeP04+C02 t +H20
總反應可表示為H2S04+Fe + Na2C03 + LiOH+H3P04 = H2 f + Na2S04+2H20 + LiFeP04+C02 t 。
本發明的有益效果是
1、本方法由于反應都是在溶液中進行的，各反應都是完全反應，各反 應分別生成水、氣體或沉淀。便于生成物的分離，所以和傳統方法相比生 產簡單，便于操作，安全可靠，產品純凈，質量穩定。2、 傳統方法需要在保護環境下，在8 0 0 — 9 0 0 0 C燒結2 4小 時，對反應條件要求較為嚴格，工藝復雜。本方法各反應都是在容器中自 發進行，反應條件較低，避免了控制反應條件的困難。
3、 本方法由于沒有氨氣(NH3)、 一氧化碳(CO)氣體生成，因此對環境 沒有任何污染。
4、 本方法由于使用的原材料來源易得，價格低廉，例如用鐵(Fe) 粉和硫酸(H2S04)提供鐵源，傳統方法每生產1 5 8 Kg磷酸亞鐵鋰
(LiFeP04)所需原材料成本約為7 3 5 7元。本方法每生產1 5 8Kg磷 酸亞鐵鋰(LiFeP04)所需原材料成本約為2200元。傳統方法的生產成本 也較本方法高，因此本生產方法具有價格優勢。
5、 傳統方法生產磷酸亞鐵鋰(LiFeP04)最大的困難是，產品的質量 不穩定，每批的技術指標很難一致。本方法所生產的磷酸亞鐵鋰(LiFePO J技術指標一致性較高，質量穩定。
6、本方法節省能源。
具體實施方式
下面結合實施例進一步說明本發明的方法和效果。 原料
鐵粉Fe 56份，硫酸H2S04 98份，碳酸鈉Na2C03 106份，氫氧化鋰 LiOH 24份，磷酸H3P0498份。
制作方法-- 1、制備硫酸亞鐵(FeS0丄
將過量的鐵粉(Fe)，加入到9mol/L稀硫酸(H2S0J中，完全反應后得 到硫酸亞鐵(FeS04)溶液備用。說明在鐵(Fe)過量時硫酸(H2S04)完全反 應，在鐵(Fe)過量的情況下，亞鐵(Fe2+)離子不會被氧化為三價鐵(Fe3+)離 子。
2、制備碳酸亞鐵(FeC03):
將步驟1所得硫酸亞鐵(FeS04)溶液置于密閉溶器中，加入碳酸鈉 (Na2C0》溶液；反應沉淀，分離沉淀，得所需要的碳酸亞鐵(FeC03)，用水 清洗沉淀，待用。3、 制備磷酸二氫鋰(LiH2P04):
將碳酸鋰(Li2C03)和磷酸(H3P04)溶液按含反應物mol數1: 2比例 混和，得到磷酸二氫鋰(LiH2P04)溶液。
4、 制取磷酸亞鐵鋰(LiFeP(U:
(1)將等mol數的磷酸二氫鋰(LiH2P04)溶液，緩慢加入到碳酸亞 鐵(FeC03)沉淀中，不斷攪拌，生成二氧化碳(C02)氣體后，得到純凈 的磷酸亞鐵鋰(LiFeP04)沉淀，此為橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰(LiFeP04) 電池陽極材料的前驅體；
(2)將步驟4所得的磷酸亞鐵鋰(LiFeP04)和淀粉等碳包覆材料在保 護環境下放入煅燒窯中加熱至60(TC煅燒9小時，即得橄欖球型結構的磷 酸亞鐵鋰(LiFeP04)電池陽極材料158份。
成本核算
由于各反應物和磷酸亞鐵鋰(LiFeP04)的raol數之比為l: 1: 1: 1: 1: 1，所以它們的質量份為98、 56、 106、 24、 98和158份。根據各反應 物的現行市場價格，可以計算出每制取158KG磷酸亞鐵鋰(LiFeP04)原料 成本約為2200元，折合為13900元/噸。
權利要求
1、一種鋰離子電池陽極材料的制作方法，其特征是所用的原料及質量份為鐵粉Fe 56份，硫酸H2SO4 98份，碳酸鈉Na2CO3 106份，氫氧化鋰LiOH 24份或碳酸鋰LI2CO3 37份，磷酸H3PO498份；158份；制作方法具體按下述步驟進行制備硫酸亞鐵FeSO4將過量的鐵粉Fe，加入到9mol/L稀硫酸H2SO4中，完全反應后得到硫酸亞鐵FeSO4溶液備用；制備碳酸亞鐵FeCO3將步驟1所得硫酸亞鐵FeSO4溶液置于密閉溶器中，加入碳酸鈉Na2CO3溶液；反應沉淀，分離沉淀，得所需要的碳酸亞鐵FeCO3，用水清洗沉淀，待用；制備磷酸二氫鋰LiH2PO4將含溶質mol數相等的氫氧化鋰LiOH溶液和磷酸H3PO4溶液混和，或者將碳酸鋰Li2CO3和磷酸H3PO4溶液按含反應物mol數為1∶2比例混和，即可得到磷酸二氫鋰LiH2PO4溶液。制取磷酸亞鐵鋰LiFePO4(1)將等mol數的磷酸二氫鋰LiH2PO4溶液，緩慢加入到碳酸亞鐵FeCO3沉淀中，不斷攪拌，生成二氧化碳CO2氣體后，即可得到純凈的磷酸亞鐵鋰LiFePO4沉淀，此為橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰LiFePO4電池陽極材料的前驅體；(2)將步驟4所得的磷酸亞鐵鋰LiFePO4和淀粉等碳包覆材料在保護環境下放入煅燒窯中加熱煅燒，即得橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰Li FePO4電池陽極材料
2、 根據權利要求1所述的一種鋰離子電池陽極材料的制作方法，'其 特征是橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰電池陽極材料的前驅體放入煅燒窯中 煅燒的溫度為500-70CTC
3、 根據權利要求1所述的一種鋰離子電池陽極材料的制作方法，其特征是橄欖球型結構的磷酸亞鐵鋰電池陽極材料的前驅體放入煅燒窯中 煅燒的煅燒時間8-9小時。
全文摘要
本發明公開了一種鋰離子電池陽極材料的制作方法。屬電池陽極材料的制作方法。以鐵(Fe)、硫酸(H₂SO₄)、碳酸鈉(Na₂CO₃)、氫氧化鋰(LiOH)或碳酸鋰(LI₂CO₃)和磷酸(H₃PO₄)為原料；制備工藝是制備硫酸亞鐵→制備碳酸亞鐵→制備磷酸二氫鋰→制取磷酸亞鐵鋰陽極材料。本發明的優點是生產工藝簡單，便于操作，安全可靠，產品純凈，質量穩定，成本低，不污染環境。
文檔編號C01B25/45GK101546825SQ20091003146
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月29日 優先權日2009年4月29日
發明者佳 張, 君 張, 楊 張, 陶 張, 曹高劭 申請人:徐州海天綠色能源科技有限公司