[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，尤其涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

自从Padhi等报道了磷酸鉄锂(LiFePO₄)可作为锂离子电池正极材料后，由于这种新型材料具有理论比容量高(170mAh/g)、电压适中(3.4V)、环境友好、安全性能好、价格低廉等优点，该材料已成为新一代正极材料的有力竞争者和国际上研究的热点。然而，由于纯相磷酸铁锂导电率低和锂离子迁移速率低等缺点阻碍了它的发展和大规模应用。LiFePO₄产业化必须具备以下三点：(1)开发低成本、适合于规模化生产的制备方法；(2)大幅度提高LiFePO₄的导电性；(3)有效地控制LiFePO₄的粒径分布和产物形貌，提高其振实密度，从而提高材料的体积能量密度。目前针对其缺点常常在合成过程中通过掺碳或掺杂金属离子来增强材料的导电性；还有的就是通过控制合成工艺，得到较小粒径而且分布均匀的颗粒材料，缩短锂离子的扩散路径，从而提高材料的大倍率充放电性能。

目前，常用的合成方法中，固相法是比较成熟的技术。但现有固相法合成温度高，能耗大，产品无规则形貌，粒径分布广，振实密度低，工艺步骤操作繁琐，原料成本高，难以实现产业化。其他合成方法虽然可以得到颗粒小且均匀分布的颗粒，但由于对设备要求高，产量低，步骤控制困难，难以大规模地生产。如何通过改进生产工艺，优化合成路线，降低成本，并且得到性能优良的锂离子正极材料将是一个研究的必然趋势。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺合理、操作简单、适合工业化生产的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，该方法采用在液相条件下合成反应前驱体，再进行高温煅烧制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂，包括以下步骤：

(1)前驱体制备：按照锂、铁、磷和掺杂金属元素的化学计量比为(0.9～1.2)∶1∶1∶(0～0.1)的比例称取锂源、铁源、磷源化合物和掺杂金属元素化合物，将锂源化合物、磷源化合物和掺杂金属元素化合物溶于去离子水中，然后调节pH＝2～4，充分反应后，加入导电有机物前驱体，完全溶解，加入铁源化合物，搅拌混合均匀，干燥后得到含有锂、铁、磷和掺杂金属元素的前驱体混合物；

(2)煅烧处理：将得到的前驱体混合物转入管式炉中，在惰性气氛下以1～30℃/min升温速率加热，在500～900℃恒温煅烧5～48h，自然冷却后得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂。

所述的步骤(1)中在调节pH＝2～4，充分反应后，加入导电有机物前驱体，完全溶解，干燥后加入铁源化合物，搅拌混合均匀，得到含有锂、铁、磷和掺杂金属元素的前驱体混合物。

所述的步骤(1)和步骤(2)之间还可经预处理，该预处理具体为：将步骤(1)得到的前驱体混合物在惰性气氛下200～450℃低温预烧4～15h，自然冷却后球磨2～8h。

所述的步骤(1)得到的前驱体混合物还可经球磨1～10h后再进行后续步骤。

所述的步骤(1)中的锂源和磷源化合物包括锂、磷元素共存的化合物。

所述的步骤(1)中的锂源化合物选自碳酸锂、草酸锂、氢氧化锂、磷酸锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂中的一种；所述的步骤(1)中的磷源化合物选自磷酸、磷酸锂、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种。

所述的步骤(1)中的铁源化合物选自草酸亚铁、醋酸亚铁、硫酸亚铁、硝酸铁、氧化亚铁、三氧化二铁中的一种；所述的步骤(1)中的掺杂金属元素化合物选自二氧化钛、氧化铝、乙酸铝、氢氧化镁、碳酸镁、乙酸镁、乙酸镍、二氧化锆、碳酸锆、乙酸锆、氧化铌、氧化钴、碳酸锰、氧化锰、硝酸镍中的一种。

所述的步骤(1)中的去离子水的用量为锂源、铁源和磷源三种化合物总质量的1～6倍；所述的步骤(1)中调节pH值所用的试剂选自草酸、醋酸、碳酸铵、碳酸氢铵、氨水、尿素中的一种或几种。

所述的步骤(1)中的导电有机物前驱体选自葡萄糖、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、蔗糖、聚乙烯醇、聚丙烯、碳凝胶、碳纳米管、柠檬酸、酚醛树脂中的一种；所述的步骤(1)中按照终产物中理论碳含量为1wt％～15wt％加入导电有机物前驱体。

所述的步骤(2)和预处理中的惰性气体选自氮气、氩气、氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔中的一种或几种。

本发明具有以下特点：