[发明专利]一种锂离子电池用磷酸铁锂正极复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用正极材料的制备方法，具体地说是涉及一种锂离子电池用磷酸铁锂正极复合材料的制备方法。

背景技术

对于车用动力型锂离子电池，安全性能是其最重要的评价指标。具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)以其突出的安全性能(O与P以极强共价键结合，使得材料很难分解析氧)成为车用动力型电池正极材料最佳的选择。除了卓越的安全性能，磷酸铁锂还具备很多其他优点：如不含贵重元素、原料价廉、资源丰富、无毒、工作电压适中(3.4V)，电压平台性能好，循环寿命长等。然而LiFePO₄由于自身电导率低(10^-9～10^-10S/cm)，导致其倍率性能较差。在过去几年中通过各种改性方法，如添加导电性材料、金属离子掺杂、减小颗粒尺寸等，使得LiFePO₄性能有了很大的改善。但目前磷酸铁锂在市场上仍没得到大规模利用，主要原因是国外公司制造的磷酸铁锂价格偏高，而国内公司制备的产品质量不稳定，性能较国外公司略差。虽然在申请号为200710013369.6的发明名称为“水热合成制备分散磷酸铁锂纳米晶的方法”的专利中公开一种水热合成制备均分散磷酸铁锂纳米晶的方法，在表面活性剂存在下的利用水热合成技术批量生产高含量磷酸铁锂纳米晶，但目前有关水热法合成的磷酸铁锂其电化学性能均不理想，分析原因可能是在高温高压在，磷酸铁锂晶体在生成过程中存在离子错位的现象，影响了其最终产品的电化学性能。在申请号为200510000167.9的发明名称为“一种高密度球形磷酸铁锂的制备方法”公开的方法中提到以硝酸铁、磷酸、乙酸锂为原料，加无离子水溶解制成溶液A；或再在溶液A中加入掺杂金属化合物或碳源；将六次甲基四按胺和尿素加水溶解制成溶液B；将B加入A中制成新的混合水溶液C。将溶液C滴加于煤油中，加热使其转变为溶胶，进而转化成凝胶沉淀出来，离心分离后得到球形干凝胶前驱体；再在气体保护下，经高温热处理得到平均粒径为5～8μm、振实密度可达1.8～2.0g/cm³、室温下首次放电比容量可达140～160mAh/g的高体积比容量的高密度球形磷酸铁锂。采用溶胶-凝胶法制备磷酸铁锂的专利还有一些，它们的区别在于采用的掺杂元素，合成的原料各有所不同。溶胶-凝胶法的优点是前驱体溶液化学均匀性好(可达分子级水平)、凝胶热处理温度低、粉体颗粒粒径小而且分布窄、粉体烧结性能好、反应过程易于控制、设备简单，但是干燥收缩大、工业化生产难度较大、合成周期较长。科学家们近年来提出的微通道反应器为利用共沉淀法大规模生产粒径单一形貌相同的晶体颗粒提供了全新可行的方法。产生共沉降结晶的两股流体在微混合器中快速均匀混合，随后在流经分段器时被另一种与反应液不互溶的流体间隔开来，形成多个连续的如图所示体积微小的液泡，有如一个个独立的微型反应器，以平推流的方式流经整个管式反应器。在反应器中，不同流体之间的混合只存在微观混合，晶体颗粒的形成和生长条件可以精确控制，每一个微反应器在整个过程中与外部的热量交换、停留时间都是完全一致的，并且由于微反应器本身体积微小，其包含的反应液始终处在均匀混合状态。这样最后所形成的晶体颗粒的特性几乎是完全一致的：化学组成、相组成、颗粒的大小和形状等。微反应器技术的另一个显著优点在于它的易放大性，因为它不需要反应器尺寸上的放大，只需将N个单个微反应器叠加起来就形成一个放大的中试模块，而最后的生产规模也只是M个中试模块的简单叠加。这样整个模块中的任意一个反应单元都可以在和实验室中摸索出来的最佳操作条件完全一致的情况下进行操作，确保最终颗粒的质量。因此，如果利用微反应器技术来制备磷酸铁锂及其复合材料就可以利用最短的时间为市场提供高质量的产品，节省了传统工业中从小试规模到放大所需要的大量资金和时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用磷酸铁锂正极复合材料的制备方法，该方法可以高效合成纳米磷酸铁锂复合材料，改善其电导率，从而改善其电化学性能，且此方法易放大，产品性能一致性较高，适合工业生产。

本发明的技术实施方案如下：

本发明的锂离子电池用磷酸铁锂正极复合材料的制备方法，包括以下步骤：