[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法。

背景技术

目前，LiFePO₄具有高的理论容量和高的工作电压、自放电小、无记忆效应等优点，特别是LiFePO₄在充放电过程中仅有6％左右的体积变化，且阴离子集团PO₄^3-非常稳定，导致该材料具有异乎寻常的高循环寿命(约2000次)和极其稳定的安全性能。

磷酸亚铁锂存在两个明显的缺点，严重限制了它的实际应用：(1)电子电导率和离子电导率偏低，导致高倍率充放电性能差，实际比容量低。(2)堆积密度低，导致体积比容量低。人们开发了一系列的合成方法来实现磷酸亚铁锂性能的提高。包括高温固相法、机械合成法、微波合成法、溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热合成法等。有些合成方法采用价格较高的二价铁源，高温合成和中间处理过程中需要采取严格的气氛保护，以防止Fe²⁺被氧化为为Fe³⁺，工艺条件苛刻，生产成本高。为此，CN 1564343A和CN 101190785A等提出以三价铁为铁源，采用碳热还原法合成LiFePO₄正极材料，在完成材料合成的同时实现导电碳的有效包覆。该方法具有成本低，工艺简单等优点，非常适合工业化生产。不过直接采用碳热还原法合成的LiFePO₄正极材料堆积密度未见有效提高，而碳热还原反应残留的导电碳经常呈大团块存在，使得材料堆积密度进一步降低，严重影响了材料的体积比容量。针对这种情况，CN 101337666A和CN 1635648A等提出通过液相法合成球形前躯体FePO₄，进而采用碳热还原法合成高振实密度的球形LiFePO₄正极材料，材料振实密度可达1.8g/cm³。然而，正如其他材料的液相法合成一样，该方法对前驱体制造设备要求高，工艺控制复杂，不易批量生产。专利CN 101154722提出了利用改性淀粉糊化制成前驱体粉末再烧结得到磷酸亚铁锂成品的方法，但提出的糊化后继续搅拌蒸发的工艺方案，很难实现大规模的工业化生产。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法。

本发明的目的是提供一种具有良好碳包覆效果、均匀包覆炭层、磷酸亚铁锂振实密度高、放电容量高、体积比容量高、电化学性能稳定，并且合成工艺流程简单易行、产品性能稳定、批次稳定性好、产率高，适合工业化生产等特点的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法。

研究结果表明以下几个方面可以提高LiFePO₄的性能：(1)通过表面包覆碳或金属导电物提高材料的电子导电率；(2)较小粒子尺寸以缩短锂离子在材料中的扩散距离；(3)合成具有规则形貌的材料提高堆积密度。

本发明锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法所采取的技术方案是：

锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法，其特点是溶胶包覆制备包括以下工艺过程：

1.配制淀粉悬浊液：将淀粉分散在蒸馏水中，淀粉所占的重量比为3-10％，然后将固相物质三价铁源、锂源化合物、磷源化合物混入淀粉悬浊液，固相物质和淀粉悬浊液的重量比例为1∶1-5；

2.复合分散：复合多步分散，使物料充分混合：首先进行剪切液相分散，用高速剪切分散头将物料分散，使固相物质充分分散；然后将悬浊液进行胶体磨粉碎，使固体粉体粒径磨细到1微米以下；

3.水解：分散后悬浊液装入反应釜，在搅拌状态下，缓慢升温到85-100℃，恒温1-5小时；此时淀粉水解，形成固体粉料均匀分散的高粘度凝胶状溶液；

4.烘干：将凝胶状溶液通入流延机，用刮刀在基体上涂覆1-5mm厚度的浆层，浆层在80-110℃烘干，水分逐渐逸出，固体粉料中密集沉降形成致密的干凝胶；

5.热处理：将干凝胶置于气氛烧结炉中，在流量为0.1-10L/min的惰性气体保护下，经600-800℃高温热处理得到具有高堆积密度的磷酸亚铁锂正极材料。

本发明锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法还可以采用如下技术措施：

所述的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法，其特点是：复合分散时，用1.2-3万转/分的高速剪切分散头将物料分散0.5-1小时。

所述的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂溶胶包覆制备方法，其特点是：热处理时，600-800℃高温热处理4-12h。