[发明专利]一种磷酸亚铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种磷酸亚铁锂的制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂主要用于动力锂离子电池，作为正极活性物质使用。自1996年日本的NTT首次揭露AMPO₄(A为碱金属，M为Co、Fe两者之组合)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究人员，也接着报导了LiFePO₄的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO₄)，使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料（尖晶石结构的LiMn₂O₄和层状结构的LiCoO₂）相比，LiMPO₄的原物料来源更广泛、价廉且无环境污染。世界各国正竞相研究，实现产业化生产。

然而，磷酸亚铁锂存在两个明显的缺点，一是电导率低，导致高倍率充放电性能差，降低了比容量；二是堆积密度低，影响了其制成电池后体积比电容量的发挥。因此，提高磷酸亚铁锂的堆积密度和导电性对磷酸亚铁锂的实用化具有决定意义。

目前，在提高磷酸亚铁锂电导率方面取得了重大进展。人们通过掺入导电碳材料或导电金属微粒，或者往磷酸亚铁锂颗粒表面包覆导电碳材料，提高材料的电子电导率。但是磷酸亚铁锂堆积密度低的问题一直没有得到解决，阻碍了该材料的实际应用。钴酸锂的理论密度为5.1g/cm³，商品钻酸锂的振实密度一般为2.0g/cm3-2.4g/cm³，而磷酸亚铁锂的理论密度比钴酸锂要低，仅为3.6g/cm³，为提高导电性，掺入的导电碳材料又显著降低了堆积密度，使得磷酸亚铁锂的振实密度只有1.0-1.4g/cm³。

申请号为200810026597.1的中国专利公开了一种高密度橄榄石结构磷酸亚铁锂的其制备方法，首先合成一种高密度磷酸亚铁锂前躯体，再把此前躯体在特定条件下进行煅烧，获得高密度橄榄石结构磷酸亚铁锂，平均粒径1～8um，松装密度≥0.5g/cm³，振实密度1.0～1.4g/cm³，首次放电比容量(1C)≥130mAh/g。这种方法制备的磷酸亚铁锂堆积密度依然达不到锂离子电池的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中磷酸亚铁锂的堆积密度和导电性低的不足，提供一种磷酸亚铁锂的制备方法。该制备方法构思巧妙、流程简单，可以有效提高磷酸亚铁锂的堆积密度和导电性。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磷酸亚铁锂的制备方法，包括以下步骤：

A、将高纯磷酸、氢氧化锂、草酸铁按照摩尔比Fe?Li?PO₄=1?0.4-0.5?1的比例混合，调节pH值至5.0-6.0，混合物在60℃-80℃温度下烘干后，置于反应炉中，以5℃/h的速度升温至300℃-400℃，保温反应3小时，然后冷却至室温；

B、将步骤A中所得混合物粉碎后，与氢氧化锂、碳源、金属氧化物在球磨机中共混均匀，混合物中摩尔比Fe?Li?PO₄=1?1?1，碳源重量百分比为15%-20%，金属氧化物重量百分比为0.2%-1%，将共混物在16℃-20℃温度下，经胶体磨打浆6h-10h，然后60℃-80℃温度下烘干后，置于惰性气体保护的反应炉中，以600℃-800℃煅烧3h-6h，制成磷酸亚铁锂产品。

作为优选方式，所述步骤A中，高纯磷酸为纯度6N以上的电子级磷酸。

作为优选方式，所述步骤B中，碳源选自乙醇、异丙醇、聚乙烯醇、抗坏血酸、石墨、酚醛树脂、蔗糖、煤焦油或沥青中的一种或多种。

作为优选方式，所述步骤B中，金属氧化物选自Ni、Sr、Ti、Mn、Mo、Zr氧化物中的两种。

本发明采用高纯磷酸作为原料避免了带入其它离子杂质诱导晶格的畸形生长，提高了产品的球形度及堆积密度；采用高纯磷酸、氢氧化锂、草酸铁制备高密度球形磷酸亚铁与磷酸亚铁锂混合前驱体，再加入氢氧化锂、碳源、复合金属氧化物共混、煅烧，控制颗粒球形化、细小化，克服了晶形的不规则、堆积密度及电池容量低的不足；制备前驱体采用的氢氧化锂，既作为磷酸亚铁的pH值调节剂，又作为磷酸亚铁锂中锂的来源，避免了添加其他调节剂产生不利气体以及带入新杂质影响晶体的规则生长。