[发明专利]一种掺杂改性磷酸亚铁锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备磷酸亚铁锂的原料配方及其制备方法，属于锂电池电极材料领域。

背景技术

众所周知，磷酸亚铁锂与其他主流正极材料相比，其本身的导电性弱的缺点，这将直接导致该材料系电池在充放电下锂离子在系统中的脱嵌和移动受阻，活性物质的利用率低，而对于行业致力于动力电池的磷酸亚铁锂研究来说，对影响其大电流放电的改善是非常重要且困难的一课，因此业内对此的改善方法主要是在材料合成过程中添加导电剂，或在后期使用颗粒包覆的方法在磷酸亚铁锂颗粒表面包覆导电物质的方法，使材料具有相对较好的导电性能，在电池制作的时候也按照配比加入一定量的导电剂。目前的技术有以下缺点，阻碍了它的实际应用：

（1）合成中的Fe²⁺易氧化成Fe³⁺，不易得到单相的LiFePO₄ ；

（2）锂离子在LiFePO₄中扩散困难，导致活性材料的利用率低；

（3）LiFePO₄本身的电导率也很低，导致它大电流放电性能差；

（4）在材料的应用过程中因为多次的导电剂添加产生的误差使得最终的电池性能掺差不齐，降低产品的一致性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种可以提高产品纯度、电性能更好的掺杂改性磷酸亚铁锂的原料配方；

本发明的另一目的是提供一种工艺简单、容易控制、且生产成本低的掺杂改性磷酸亚铁锂的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种掺杂改性磷酸亚铁锂（LiFePO₄/X/C），其原料配方各组分包括三价铁源、磷源、锂源、掺杂元素化合物及过量的碳源，其中，三价铁源：磷源：锂源：掺杂元素化合物的摩尔比为1：1~1.05：1~1.1：0.01~0.05：0.1~0.2。

所述三价铁源、磷源采用铁磷摩尔比为1：1~1.05的二水合正磷酸铁；

所述锂源选自一水合氢氧化锂、醋酸锂、氯化锂、硝酸锂、碳酸锂中的一种或多种的混合物，优选氢氧化锂或醋酸锂或碳酸锂；

所述掺杂元素化合物选自AgNO₃、MnCO₃、Mn(NO₃)₂、MoO₃、Mg(OH)₂、Mg(NO₃)₂、NiPO₄中的一种，优选AgNO₃或MnCO₃或Mg(OH)₂；

所述碳源选自蔗糖、葡萄糖、糊精、聚丙烯、聚丙烯酰胺、柠檬酸、淀粉中的一种或多种的混合物，优选蔗糖或葡萄糖或柠檬酸。

上述掺杂改性磷酸亚铁锂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、前驱体的制备：

a.原料称量：将三价铁源、磷源、锂源、掺杂元素化合物、碳源按配方量称量；

b.球磨混合：将称量好的三价铁源、磷源、锂源、掺杂元素化合物、碳源置于分散剂中，再将上述混合物球磨24-36h；

c.干燥：将球磨产物置于空气气氛中烘干，烘干温度为90-110℃，烘干时间为10-20h；

d.研磨：将干燥后的产物自然冷却后研磨，得磷酸亚铁锂的高密度前躯体；

步骤二、焙烧：

将制备好的磷酸亚铁锂的前躯体置于高温炉中，在非氧化性气氛中，以50~60℃/h的加热速率升温至700-1000℃，保持温度，焙烧15-20h后，自然冷却至80℃以下，得掺杂改性磷酸亚铁锂粉末。

上述步骤一的步骤b中，所述分散剂选自水、乙醇、乙醚中的一种或几种的混合物。

上述步骤二中的非氧化气氛采用氮气气氛。

上述步骤二中，所述焙烧温度为700-800℃。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的制备掺杂改性的磷酸亚铁锂，无需预先制备或使用在空气中易氧化的亚铁盐，而直接采用三价的铁源，避开了其他合成技术中繁琐的亚铁盐合成步骤，解决了使用在空气中易氧化的亚铁盐原料的常规制备方法中常有的产物不纯问题。