[发明专利]一种磷酸亚铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸亚铁锂的制备方法。

背景技术

自上世纪九十年代锂离子电池实现商业化应用以来，其应用领域从移动通讯、手提电脑等小型移动电源向电动工具、电动汽车等用大容量、高功率电源方向发展，这对电池的安全性和电化学性能提出了更高的要求。与目前已广泛应用的钴系(LiCoO₂)、锰系(Li₂Mn₂O₄)正极材料相比，具有正交晶系橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)被认为是最具应用前景的动力型锂离子电池正极材料。

磷酸亚铁锂材料的合成方法从反应形式上可分为固相反应法和湿化学法。固相反应法即将固体原料按一定的配比混合，经研磨、反复煅烧和粉粹最终制得产品。如US 591382、US 6085015、US 6702961和CN1581537A等，所用锂源主要为碳酸锂或氢氧化锂，所用磷源为磷酸二氢铵或磷酸二氢锂、所用铁源为三氧化二铁、铁粉或草酸亚铁。产物的性能在很大程度上取决于铁源的种类和物化性能，制备过程中或有大量氨气、二氧化碳气体放出，并且需要反复研磨，生产上难以保证产品的电化学性能和批量稳定性。

与固相反应法相比，湿化学法制备过程中反应原料可以在分子水平混合。如WO02083555A2采用液相共沉淀法，通过调节反应体系的pH值，使其形成含锂的磷酸盐和磷酸亚铁混合物，即磷酸亚铁锂的前驱体。将该前驱体在150℃干燥后再于650-800℃下进行煅烧而制得粒径为2-3微米的磷酸亚铁锂。此方法中，全过程置于氮气保护中，这种工艺条件不利于产业化生产，专利中未显示其倍率性能的优劣。

CN101117216A公开了一种水热法合成磷酸亚铁锂的方法，以硫酸亚铁、磷酸、氢氧化锂为原料制备了磷酸亚铁锂，专利中未显示所得材料高低温性能的优劣。

CN1635648A公开了一种采用湿化学法合成磷酸亚铁锂的方法，该方法包括先制备铁的前驱体磷酸铁，再与锂源、碳源和掺杂金属离子化合物混合经煅烧制备具有高堆积密度的球形磷酸亚铁锂，材料颗粒粒度较大，均为实心球，锂离子的扩散路径较长，不利于倍率性能的发挥。

发明内容

本发明的发明目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种低成本、产品批次稳定性好、具有较高的比容量、良好的倍率放电性能、循环稳定性能、低温放电能力和极片涂布性能的磷酸亚铁锂的制备方法。

本发明提供了一种磷酸亚铁锂的制备方法，其中，该方法包括下述步骤：

(1)将含有铁源和磷源的水溶液液体流与锂源的水溶液液体流在惰性气氛中以并流加料的方式混合，并用pH值调节剂控制得到的混合物的pH值为7-9，所述锂源、铁源和磷源中Li∶Fe∶P的摩尔比为1.5-3∶1∶1.04-1.1，加料完毕后，升温至150-250℃，在搅拌下反应4-8小时，并冷却至80℃以下，过滤，洗涤沉淀至硫酸盐含量或氯化物含量小于0.5重量％，得到磷酸亚铁锂前驱体；

(2)将步骤(1)得到的磷酸亚铁锂前驱体与可溶性碳源添加剂和水混合，得到固含量为30-40重量％的浆料，其中，磷酸亚铁锂前驱体与可溶性碳源添加剂的重量比为100∶10-20；将所述浆料进行喷雾干燥，喷雾干燥的条件使得到的干燥产物在加热在800℃下的失重量不大于5重量％；

(3)将步骤(2)得到的产物进行焙烧。

本发明首先采用湿化学法合成磷酸亚铁锂前驱体，通过采用并流加料的方式以保证磷酸亚铁锂前驱体在一个较为恒定的pH范围内形成，控制原料的配比及反应体系的pH值来控制产物的组成，加热反应后，将得到的磷酸亚铁锂前驱体与液态形式的水可溶性碳源混合，提高了碳包覆的均匀性，并通过喷雾干燥的方法进行干燥同时控制干燥程度，能同时脱去磷酸亚铁锂前驱体中游离的水份和碳源中的部分结构性的水份，提高了产品的电化学性能和并有利于电极片的涂布加工。

附图说明

图1为按照本发明实施例1的方法得到的磷酸亚铁锂/碳复合物的透射电子显微镜照片；

图2为按照本发明实施例1的方法得到的磷酸亚铁锂/碳复合物在不同倍率下的放电曲线；

图3为按照本发明实施例1的方法得到的磷酸亚铁锂/碳复合物的低温性能曲线。

具体实施方式

按照本发明，所述磷酸亚铁锂的制备方法包括下述步骤：