[发明专利]锂离子正极材料磷酸铁锂的全固相制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料的制备方法，特别是一种锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂作为近15年发展起来的一种锂离子电池正极材料，正逐步推广使用在便携式电子设备、电动自行车、电动汽车、储能电源等领域。但是，要在动力电池、储能电池等市场潜力巨大的行业大批量使用此材料，现有技术的磷酸铁锂还存在几个难点需突破，例如：虽然原材料成本低，但是制备工艺复杂，导致制备成本过高，大规模生产的批次之间性能不稳定的问题需要解决。制备磷酸铁锂现有技术采用湿法或液相法，用一种以上可溶解性原料，溶于去离子水、乙醇或丙酮，进行液相混合包覆，以获得更好的混合效果和包覆效果，使原料反应更加充分。但是这个过程也有弊端，液相混合之后的干燥工艺成本较高，效率也低下，物料的均匀程度较难控制，造成大规模生产的批次之间性能不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子正极材料磷酸铁锂的全固相制备方法，要解决的技术问题是提高磷酸铁锂生产效率，降低制备成本，改善大规模生产磷酸铁锂的批次不稳定性。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子正极材料磷酸铁锂的全固相制备方法，包括以下步骤：一、按锂、铁、磷元素的摩尔比1～3.5∶1～3∶1～3，将锂源化合物、铁源、磷源化合物固相混合得到混合物，转速为1～2000r/min的，时间为0.1～72小时；所述锂源化合物为氧化锂、氢氧化锂、磷酸锂、碳酸锂、硝酸锂、磷酸二氢锂、甲酸锂和醋酸锂的一种以上；所述铁源为铁、磷酸铁、硫酸亚铁、三氧化二铁、氧化亚铁、四氧化三铁、硫酸亚铁铵、硫酸亚铁、磷酸亚铁、磷酸亚铁铵、柠檬酸亚铁和氯化亚铁中的一种以上；所述磷源化合物为五氧化二磷、磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢锂、磷酸氢二铵、磷酸亚铁铵和磷酸氢铵盐中的一种以上；二、按混合物质量的0.01～20％，添加碳源物质混合得到含碳源的固相混合物，转速为5～1000r/min，时间为0.1～72小时；碳源物质是葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、聚乙二醇PEG、聚乙烯醇PVA、柠檬酸、乙炔黑、碳纳米管和碳纳米纤维中的一种以上；三、按含碳源的混合物中铁元素的物质的量的0.01～20％，添加掺杂物混合得到固相前驱体，转速为5～1000r/min，时间为0.1～72小时；掺杂物是元素锰、钴、钒、镍、铝、镁、钙、锌、银、铜的单质和化合物中的一种以上；四、将前驱体放置在保护气氛中烧结，氧气体积含量在200ppm以下，以1～20℃/min速率升温，在温度500～850℃烧结5-36小时，以1～30℃/min速率降温至常温，得到锂离子正极材料磷酸铁锂。

本发明的方法将混合物细化处理，转速为1～5000r/min，时间为0.1～72小时。

本发明的方法锰的化合物为乙酸锰、碳酸锰和二氧化锰；所述钴的化合物为乙酸钴、碳酸钴和氧化钴；所述钒的化合物为钒的氧化物一氧化钒、三氧化二钒、二氧化钒和五氧化二钒；所述镍的化合物为乙酸镍、碳酸镍和氧化镍；所述铝的化合物为乙酸铝、碳酸铝和氧化铝；所述镁的化合物为乙酸镁、碳酸镁和氧化镁；所述钙的化合物为乙酸钙、碳酸钙、碳酸氢钙和氧化钙；所述锌的化合物为乙酸锌、碳酸锌和氧化锌；所述银的化合物为硝酸银；所述铜的化合物为氧化铜，硫酸铜。

本发明的方法保护气氛为氮气、氩气、氮气中添加有氮气体积0.5～3％氢气的混合气、氩气中添加有氩气体积0.5～3％氢气的混合气、氮气中添加有氮气体积0.5～4％的甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一种以上的混合气或氩气中添加有氩气体积0.5～4％的甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一种以上的混合气。

本发明的方法固相混合、细化处理、添加碳源物质混合和添加掺杂物混合采用搅拌球磨机，转速为5～500r/min，时间为1～24小时。

本发明的方法固相混合、细化处理、添加碳源物质混合和添加掺杂物混合采用行星球磨机，转速为10～2000r/min，时间为1～72小时。

本发明的方法固相混合、细化处理、添加碳源物质混合和添加掺杂物混合采用机械融合机，转速为800～1200r/min，时间为0.1～10小时。

本发明的方法固相混合、细化处理、添加碳源物质混合和添加掺杂物混合采用混合机，转速1～100r/min，混合0.1～24小时。

本发明的方法固相混合、添加碳源物质混合和添加掺杂物混合采用机械搅拌机，转速5～1000r/min，时间为1～48小时。

本发明的方法细化处理采用粉碎机，转速为100～5000r/min。