[发明专利]一种具有良好导电网络的球形磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源技术材料领域，特别涉及一种具有良好导电网络的球形磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池是新一代绿色高能电源，自从其1990年面世以来，就具有比能量高，循环寿命长，无记忆效应，自放电小以及工作温度范围广等优点，已被广泛的应用于多种便携式电子产品的移动电源和小型电动工具上。随着不可再生能源的日益减少，人类对可再生能源技术关注越来越多，可再生能源技术也层出不穷。其中，对于汽车而言，随着石油的减少，以及汽车废气的排放，人们期望于需要一种新型的可再生能源来代替石油，锂离子电池就是电动汽车的能源首选之一。

对于锂离子电池来讲，正极材料性能好坏是决定电池性能的主要因素。目前，大规模生产化的正极材料有LiCoO2、LiMn2O4、三元材料。LiCoO2成本极高，安全性差，难以应用在电动汽车上；LiMn2O4虽然价格便宜，安全性好，但是由于其高温循环性能差，频繁的高倍率放电会影响其使用寿命；三元材料高倍率放电性能差，同样不能满足电动汽车的要求。研发新型的锂离子正极材料成为目前的重点和热点。

磷酸铁锂作为新一代锂离子正极材料已成为国内外研究热点，其具有理论容量高(约170mAh/g)，工作电压平稳，安全性能好，热稳定性好，高温性能和循环性能好，原材料来源广泛，成本低等优点。

传统的磷酸铁锂合成方法是高温固相法，但这种方法具有产品一致性差，粒度无法控制等缺点。为了改进高温固相法合成的缺点，研究开发了采用液相法合成磷酸铁前躯体，然后再烧结合成磷酸铁锂材料，同时为了提高材料的性能在后期合成中加入C元素和过度金属元素。如中国专利公开号CN101237043A、CN101337666A、中国专利号ZL200410103485.3等专利中所述方法，即首先合成磷酸铁前躯体，然后将磷酸铁前躯体和锂源、碳源混合，烧结合成磷酸铁锂材料；如中国专利公开号CN101212049A、美国专利公开号US7285260B2中，将磷酸铁和锂源、碳源、金属化合物混合，烧结合成磷酸铁锂材料。上述两种方法虽然一定程度改进了磷酸铁锂材料一致性差、粒径不可控的缺点，但第一种方法在合成的过程中，将前躯体、锂源和碳源固相混合，导致C元素难以均匀的包覆在磷酸铁锂材料表面，材料性能容易出现波动，另外材料中没有添加过度金属元素，材料性能下降；第二种方法是在合成的过程中将前躯体(或铁源)、锂源和碳源、过度金属化合物固相混合，该方法在材料中添加了过度金属元素，提高材料的性能，但存在和第一种方法相同的问题，C元素和金属元素分布不均匀，材料性能容易出现波动。

本发明提出共沉淀结晶法合成球形磷酸铁之后，在其表面包覆一层金属氧化物和碳化合物的复合层，然后和锂源混合，合成具有良好导电网络的球形磷酸铁锂磷酸铁锂材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好导电网络的球形磷酸铁锂的制备方法，该制备方法首先合成表面包覆金属氧化物和碳化合物的复合层的球形磷酸铁前躯体，即首先采用共沉淀结晶法合成球形磷酸铁基体后，再在其表面包覆金属氧化物和碳化合物的复合层，然后将磷酸铁前躯体和锂源均匀混合，然后在惰性气体或还原气氛的保护下，煅烧合成具有较高倍率性能的球形磷酸铁锂。通过在磷酸铁基体表面包覆金属氧化物和碳化合物的复合层，从而在磷酸铁锂材料形成一层良好导电网络，极大地改进材料的导电率，提高了材料的高倍率放电性能。

1.一种高性能球形磷酸铁锂的制备方法，包括以下各步骤：

1)按照摩尔比1∶1的比例称取铁盐、磷酸盐，分别溶于去离子水中，制备两种溶液浓度均为1.5-4.5mol/L的铁盐溶液A和磷酸盐溶液B；

2)配置浓度为2-5mol/L的氨水或铵盐溶液，作为络合剂C；

3)然后将溶液A、溶液B和络合剂C分别以0.05L/min-0.1L/min的流速加入反应釜中，在温度40-100℃的情况下，反应4-40h，其中反应釜的转速为300-900r/min，然后将沉淀物过滤、洗涤、烘干即可得到球形磷酸铁前驱体；

4)配置0.5-2.0mol/L的的金属化合物溶液D，另外配置0.1-4mol/L的NaOH溶液F和0.001-3.0mol/L的碳化合物溶液G；