[发明专利]超细纳米磷酸铁锂电极材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于电池活性电极材料技术领域。特别涉及纳米磷酸亚铁盐前驱体制备方法，以及用所制得前驱体制备超细纳米磷酸铁锂电极材料的方法。

背景技术

1997年Goodenough等报道了一种新型橄榄石型结构的磷酸铁锂（LiFeP0₄）用于锂离子电池正极材料,它具有较高的理论容量（170 mAh/g）、良好的循环性能、丰富的原料来源、良好的安全性能以及对环境友好等特性，磷酸铁锂被看作是最有前途的锂离子正极材料之一， 它既可以广泛应用于电动和混合汽车大功率电池，也可以应用于可再生能源（如风能，太阳能和水能等）的储能电池。然而，LiFeP0₄一方面由于结构的限制，使其具有低的电子导电性和低的离子迁移速率，严重制约了该种材料的倍率性能，高倍率充放电时，其实际比容量低，导致电池的比功率密度低。在对磷酸铁锂材料进行传统改性认识的基础上，人们逐渐意识到纳米技术是提高其倍率性及其物理化学性能的一个重要方法之一。研究表明，无论是采用碳包覆或是没有采用碳包覆，只要材料颗粒细化到大约140纳米或者更小，该材料均具有极其优异的倍率性能。在对磷酸铁锂正极材料进行C包覆纳米化的同时，结合采用金属离子掺杂工艺，在这些纳米颗粒之间建立起导电网络，可以进一步提高材料的高倍率性能。

中国新能源汽车规划提出至2015年高能量车用电池系统的比能量达到120Wh/kg，价格低于3元/Wh，行驶里程达15万km的要求，这就需要进一步提高现有磷酸铁锂正极材料的性能，同时降低正极材料和电池的制造成本。电动车磷酸铁锂锂离子动力电池要求磷酸铁锂正极材料具有高比能量、高比功率、长寿命、安全环保、一致性好、低成本等特性。

目前关于用磷酸亚铁盐前驱体制备磷酸铁锂电极材料的研究公开文献有以下一些报道，例如：

1、中国专利名称: 一种碳纳米管复合磷酸亚铁锂动力电池材料的制备方法  申请（专利）号:  CN201110024357.X 申请日: 2011.01.24  公开（公告）号: CN102110812A 公开（公告）日: 2011.06.29  申请（专利权）人: 河南红日锂能源科技有限公司  地址: 河南省安阳市北关区中华路与创业大道交叉口西(纺织产业集聚区管委会院内)  发明（设计）人: 方真;冯辉，摘要:一种碳纳米管复合磷酸亚铁锂动力电池材料的制备方法，该方法的步骤为：先将锂的化合物、碳纳米管与磷酸亚铁铵混匀，然后将混合物放入惰性气体保护炉中在300-500℃温度下预烧3h，继续在650-850℃下煅烧8-24h，冷却至室温制得碳纳米管复合磷酸亚铁锂动力电池材料。本发明合成碳纳米管复合磷酸亚铁锂电池材料的方法具有工艺简单、成本低的优点，该方法制备的碳纳米管复合磷酸亚铁锂材料纯度高、结晶性好、电化学性能优良，适合于大规模工业化生产。

2、中国专利名称: 磷酸铁锂多晶粉的制备方法  申请（专利）号:  CN201010112033.7 申请日: 2010.02.09  公开（公告）号: CN101783404A 公开（公告）日: 2010.07.21   申请（专利权）人: 武汉工程大学  地址:湖北省武汉市洪山区雄楚大街693号  发明（设计）人: 吴林君;谷云乐;李婕;张占辉;钱琼丽   摘要:磷酸铁锂多晶粉的制备方法，以磷酸亚铁铵前驱体与锂盐通过水热反应，其中磷酸亚铁铵前驱体与锂盐化学计量比1∶1.00～1.20称取，磷酸亚铁铵前驱体与锂盐质量之和与水的质量配比为1∶5～50，所得产物再经过分离、水洗和干燥，即可得到晶粒粒径为0.50～2.0μm的磷酸铁锂多晶粉。本发明采用磷酸亚铁铵前驱体与锂盐水热反应合成磷酸铁锂，不同于此前报道的采用FeSO₄·7H₂O、LiOH·H₂O等原料直接混合和反应的各种方法，避免了Fe(OH)₂和Fe(OH)₃的生成，可以有效地提高磷酸铁锂产率和产品纯度，制备工艺简单，晶粒尺寸均匀，成本低廉，适合工业化生产。