[发明专利]一种高振实密度纳米磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于绿色能源材料领域，为一种锂离子电池正极材料制备技术，特别涉及一种高振实密度纳米磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

在锂离子电池中，正极材料是其最重要的组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。目前，主要的正极材料是LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄。其中，LiCoO₂是目前唯一已经大规模产业化、商品化的正极材料，90％以上锂离子电池采用该材料。但该材料中所使用的Co价格昂贵，容量较低，毒性较大，存在一定的安全性问题。LiNiO₂成本较低，容量较高，但是制备困难，热稳定性差，存在较大的安全隐患。尖晶石LiMn₂O₄成本低，安全性好，但是容量低，高温循环性能差。因此需要开发出新型的正极材料来满足日益增长的市场需求。

磷酸铁锂材料具有安全性好、循环性能优异、环境友好、原料来源广泛等特点，其中，锂、铁、磷都是地球上储量丰富的元素，尤其是铁系材料原料来源广，价格低廉，被公认为新一代锂离子电池首选正极材料，已成为当今世界上主要发达国家的重点研究和发展方向。而且，由于其高温下自身以及所使用的电解液稳定，并具有良好的高温循环性能，特别适合于做动力电池。

其次，其相对Ni-H，Ni-Cd电池有很大优势。磷酸铁锂动力电池有七大优势：一、超长寿命。2000次循环容量保持率在80％以上。二、使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。三、可大电流快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C，而铅酸电池则无此性能。四、耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃～500℃而钴酸锂和锰酸锂只在200℃左右。五、大容量。六、无记忆效应。七、绿色环保。但是LiFePO4正极材料的振实密度较小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钻酸锂等锂离子电池，其离子和电子导电性能不佳，导致充放电倍率性能不佳。这些都极大影响了LiFePO₄取代LiCoO₂成为新一代锂离子电池正极材料。

并且，现在大多数磷酸铁锂正极材料的制备多是通过固相法烧结制备的，再对其进行碳包覆，以增加磷酸铁锂的导电性能，而实际上，固相法制备的磷酸铁锂即使能达到较小的粒径，但碳也只能附着在微米级的粒子表面，其内部依然导电性较差，且固相法制备出小粒径的磷酸铁锂多是通过破碎的方法，而在破碎的过程中一方面所得的粒径不均匀，效率较低，其次也容易破环材料的结构，因而从根本上决定了其导电性能较差。

发明内容

为了解决上述所存在的问题，本发明的目的是提供一种高振实密度纳米磷酸铁锂的制备方法。通过将磷酸铁锂材料纳米化，能够提高离子和电子的传输率，从而提高其导电性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种高振实密度纳米磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，所述的纳米磷酸铁锂通过均相结晶法制得一次粒子为纳米级粒子，二次粒子为经造粒工艺后所得的微米级粒子，即一次粒子纳米化，二次粒子微米化，微米级的粒子由许多个纳米级的粒子组成。

所述获得一次粒子纳米化，二次粒子微米化的方法，包括以下步骤：

1)进行一次造粒：按照摩尔比为1∶1的比例称取可溶性亚铁盐和磷酸溶于去离子水中，按照络合剂与铁离子的摩尔比为0.1∶1的比例加入络合剂，并在不断搅拌下，按照磷离子∶铁离子∶锂离子摩尔比为1∶1∶1～3的比例缓慢加入锂盐溶液；

2)将上述溶液在110～140℃油浴中持续搅拌1～2h；至产生绿色沉淀，将绿色沉淀进行抽滤，洗涤，得到固体产物；

3)将所得固体产物在真空干燥箱中于60～80℃干燥6～10h；干燥后的前驱体进行球磨粉碎，得到粒径为30～100nm的前驱体粉体；

4)将所得前驱体粉体与有机碳按照质量比为1∶0.03～0.1的比例溶于去离子水中，充分搅拌混合后，置于真空干燥箱中于60～80℃干燥12～24h，得到备用前驱体；

5)进行二次造粒：将所得备用前驱体粉末和高分子聚合物溶液放进密闭的真空容器中，利用搅拌机高速搅拌；同时，位于真空容器上部的喷雾嘴喷出备用前驱体粉末重量1％～10％的高分子聚合物溶液，持续1-4h，至物料呈半干粒状，颗粒直径在10um～100um；