[发明专利]锂离子二次电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电池正极活性物质的制备方法，更具体地说，是关于一种锂离子二次电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为高比容量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车和空间电源的首选配套电源，成为可替代能源的首选。LiFePO₄是锂离子电池正极活性物质的研究热点，与其它锂离子电池正极活性物质相比，LiFePO₄具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定，且具有无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优点。

现有技术中，为了使制备LiFePO₄的各种原料混合均匀，一般采用在溶解有碳源的液体介质中搅拌混合可溶性锂源、铁源和磷源，然后将所得混合物干燥后焙烧的方法，例如CN1442917A中公开了一种LiFePO₄的制备方法，该方法包括将多元醇或糖溶解到蒸馏水中，然后加入锂源、铁源、磷源，为aR：bLi：cFePO₄，a是0.05-0.8，b是0.20-0.99，c是1，剧烈搅拌均匀，然后在惰性气氛下烘干，然后在Ar或N₂气氛下升温到焙烧，即可得到碳膜与LiFePO₄复合纳米导电材料；具体条件是：(1)整个过程在Ar或N₂气氛下操作，(2)焙烧温度是600-1000℃，(3)反应时间0.5-24小时；其中，所述铁源为草酸亚铁或/和氢氧化亚铁；所述磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种或其混合物。

采用上述方法制备的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的晶体粒度较大、粒度分布不均匀并且生产成本较高，该磷酸亚铁锂用作锂离子二次电池的正极活性物质时，制得的电池的首次放电比容量低、循环性能差。

发明内容

本发明的目的是为了克服采用现有方法制备的磷酸亚铁锂晶体粒度较大、粒度分布不均匀、生产成本较高以及由该磷酸亚铁锂制得的电池的首次放电比容量低、循环性能差的缺陷，提供一种磷酸亚铁锂的制备方法，由该方法制得的磷酸亚铁锂晶体粒度较小、粒度分布均匀、生产成本较低并且由该磷酸亚铁锂制得的电池的首次放电比容量高、循环性能好。

本发明的发明人发现，现有方法制备的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的晶体粒度较大、粒度分布不均匀的原因在于，锂源、铁源、磷源和碳源在水中混合后干燥时，各物质很难均匀地析出，因此，可能导致得到的前驱体中各元素的分布不均匀；而且在干燥的过程中，各物质单独结晶很容易发生结块，使得到的前驱体的粒度大小很难控制，导致该方法制备的正极活性物质磷酸亚铁锂的晶体粒度较大、粒度分布不均匀。因此，该磷酸亚铁锂用作正极活性物质时，制得的电池的首次放电比容量低、循环性能差。另外，现有方法制备磷酸亚铁锂时用了成本较高的草酸亚铁和磷酸铵盐，因此生产成本较高。

本发明提供了一种锂离子二次电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法，该方法包括将锂源、铁源、磷源和碳源在水中混合后干燥、烧结，其中，所述铁源为三氧化二铁，所述磷源为磷酸。

与现有的方法相比，本发明的方法使用二氧化三铁作为铁源并使用磷酸作为磷源，将锂源、三氧化二铁、磷酸和碳源在水中混合时，在磷酸的作用下形成络合物，该络合物在溶液中能够形成较稳定的、内部各元素均匀分布的类溶胶；另外，在干燥的过程中，所述类溶胶中的物质以三氧化二铁为晶核，附着在三氧化二铁的表面规则地析出，避免了前驱体中各物质单独结晶造成的结块现象，因此得到的前驱体粒度小且分布均匀，该前驱体烧结后制得的磷酸亚铁锂的晶体粒度较小且分布均匀，由该磷酸亚铁锂制得的电池的首次放电比容量高、循环性能改善显著。另外，本发明的方法制备磷酸亚铁锂时以价格较低的三氧化二铁和磷酸为原料，因此生产成本较低。

附图说明

图1为实施例1中采用本发明方法得到的磷酸亚铁锂的XRD衍射图；

图2为实施例1中采用本发明的方法得到的磷酸亚铁锂的SEM图；

图3为对比例1中采用现有技术的方法制备得到的磷酸亚铁锂的SEM图。

具体实施方式

本发明提供的方法包括将锂源、铁源、磷源和碳源在水中混合后干燥、烧结，其中，所述铁源为三氧化二铁，所述磷源为磷酸。