[发明专利]一种高振实密度磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种高振实密度磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

自1997年美国德克萨斯州立大学的Goodenough教授报道了LiFePO₄的可逆性地嵌入脱出锂的特性以后，LiFePO₄正极材料已成为国内外的研究热点。LiFePO₄在倍率性能、高温和安全性能、成本等方面具有突出的优势，成为中大容量、中高功率锂离子电池理想的正极材料。

表1几种正极材料的振实密度对比

然而，LiFePO₄存在着明显的缺点：电导率和锂离子扩散速率低，导致高倍率充放电性能差和实际比容量低，阻碍了该材料的实际应用。目前，人们的研究注意力集中在解决LiFePO₄电导率低这一领域，并取得了一系列的进展。然而，在提高LiFePO₄导电性的时候，低的振实密度往往被人们所忽视和回避。LiFePO₄的理论密度仅为3.6g/cm³；本身比其它正极材料低得多，如表1所示。为提高导电性，人们掺入导电碳材料，又显著降低了材料的振实密度，使得一般包覆碳的LiFePO₄的振实密度不到1.0g/cm³。如此低的振实密度使得LiFePO₄的体积比能量较低，制成的电池体积将比较庞大，阻碍了实际应用。

目前所报道的关于高振实密度的磷酸铁锂的制备方法主要有湿法和高温固相法。

湿法是利用共沉淀结晶法和溶胶凝胶法合成磷酸铁锂前驱体。研究者通过共沉淀结晶法合成出公开号为CN 1821065A的高密度磷酸亚铁铵和公开号为CN 1635648A、CN 101519199A的磷酸铁前驱体，然后与锂源、碳源、掺杂金属化合物混合进行高温热处理可以得到振实密度高的磷酸铁锂。还有CN 1907844A通过溶胶凝胶法获得前驱物，然后在微波炉中加热，以及CN1632969A进行高温热处理制得高密度的磷酸铁锂。

湿法的优势是显著提高了磷酸铁锂材料的振实密度。但湿法生产磷酸铁锂材料的设备要求高，工艺控制要素多，要求苛刻，废水处理量较大，不适合商业化的生产。

申请号为CN 101112979A的专利用高温固相法得到了振实密度为1.55-1.75g/cm³，放电比容量为125-145mAh/g的磷酸铁锂。该方法是将铁源、磷源、锂源和晶核生长剂与去离子水按照一定比例混合，加水湿磨，真空干燥后，在氮气保护下，先在250-400℃进行预分解，然后在650-720℃反应18-26小时，合成好的产物再与1-15％的导电剂或有机碳源混合均匀，在500-680℃氮气保护下覆碳6-16小时。该高温固相法需要多部烧结和覆碳，过程较为繁琐，能耗高，同样不适于大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种振实密度高，能耗低，污染小，适于大规模工业化生产的一种高振实密度磷酸铁锂的制备方法。

本发明的目的是通过以下方案来实现的：

1、一种高振实密度磷酸铁锂的制备方法，步骤包括：

(1)液相球磨：按Li∶Fe∶P＝1-1.05∶1∶1的物质的量比称取锂源、铁源、磷源，掺杂金属元素与铁元素的物质的量比为0.005-0.05，再按0.01-0.20的重量比例称取碳源，混合后置于液相球磨罐中进行液相球磨2-8小时，制成浆料；

(2)喷雾干燥：将浆料采用高速离心喷雾干燥机进行干燥，喷雾干燥时的进风温度在50-300℃，出风温度50-150℃；

(3)流变相处理：将喷雾干燥后的粉体与去离子水按照质量比为2-4∶1的比例进行均匀混合，调成流变相，在25-120℃的流变相容器中静置0.1-4小时，完成流变相处理；

(4)高温处理：处理后于60-150℃的真空干燥箱中干燥，粉碎；在氮气、氩气、氢氩混合气或氢氮混合气气氛保护下，将以上的颗粒于500-850℃烧结2-48小时后冷却；

(5)粉碎分级：粉碎分级后得到高振实密度的磷酸铁锂正极材料。