[发明专利]一种磷酸铁锂的制备方法及磷酸铁锂

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂的制备方法及磷酸铁锂，尤其是一种采用水热法制备磷酸铁锂的方法以及采用该方法制备得到的磷酸铁锂。

背景技术

自1997年Goodenough发现橄榄石型LiFePO₄可以用作锂离子电池正极材料以来，对它的研究引起了广大研究者的关注。磷酸铁锂具有高理论容量(170mAh/g)、高工作电压（3.5V左右的电压平台）、适当的质量密度(3.64g/cm³)、自放电小、在低电流密度下LiFePO₄中的Li⁺几乎可以100%嵌入/脱嵌、循环寿命长、循环性能好、无记忆效应、价格低廉、热稳定性好、对环境友好等优点，有望成为新一代锂离子电池正极材料。

锂离子电池被广泛应用于各种电子设备当中，如笔记本电脑、手机电池、数码相机、便携式照明设备等。同时，它也被用于电动工具、电动自行车和电动汽车。随着世界石油资源的逐渐消耗，以及社会对环境保护的要求逐渐提高，电动车得到了前所未有的发展机遇，以锂离子电池作为电动车电源，是电动车发展的方向。

在锂离子电池中，正极材料占有非常重要的地位，也是当前锂离子电池发展的重点。在传统的正极材料中，钴酸锂的优点是能量高、循环性能好、制备简单、技术成熟、工艺适应性好，缺点是价格太高、安全性能差；锰酸锂的优点是价格便宜，缺点是循环性能和高温性能有待改进；以锰和镍部分替代钴的二分之一材料是一种锰酸锂和钴酸锂性能与价格这种的材料，其钴含量不能降得很低，而镍的价格又很高，因此其性价比不理想。

磷酸铁锂作为锂离子电池正极活性材料，因其能量密度高、安全性能好、放电平台稳定、循环性能优异以及低成本、环境友好等优点，目前已经成为替代钴酸锂正极材料的理想选择之一。尤其是在大功率电动工具（例如电动汽车）领域，磷酸铁锂正极活性材料以其优异的安全性能，具有良好的应用前景。

通常，在大功率电动工具中，通常采用多个锂电池串并联，此时，需要多个锂电池具有良好的电学性能一致性。

而现有方法制备磷酸铁锂时，随着时间的推移，制备得到的磷酸铁锂的电化学性能差异大，一致性差。

发明内容

为克服现有技术中的方法制备得到的磷酸铁锂的电化学性能一致性差的问题，本发明提供了一种磷酸铁锂的制备方法。

本发明公开的磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括：

S1、准备锂源和磷铁源；所述磷铁源为含有磷元素和铁元素的化合物或所述化合物的混合物；

所述化合物中，磷元素以正五价形式存在，铁元素以正二价形式存在，所述磷与铁的摩尔比为1:1；

并且，以锂与铁的摩尔数计，所述锂源和磷铁源的摩尔比为1:1；

S2、将上述锂源和磷铁源在水存在的情况下进行搅拌，得到悬浮液；

S3、将悬浮液在密封环境中，于120-300℃、0.2-9Mpa下反应1-48h，然后冷却；

S4、从反应后的悬浮液中分离出固体物质，得到磷酸铁锂。

同时，本发明还公开了采用上述方法制备得到的磷酸铁锂。

现有技术中，通常以锂源、磷源和铁源为原料制备磷酸铁锂。具体的制备方法有固相法和液相法两种。其中固相法是在550-700℃的高温和惰性气体条件下进行的，生产周期长，能耗大，且产物颗粒大，分布不均，形貌难以控制。

常用的液体法有水热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等。

但是，采用亚临界水热法制备磷酸铁锂时，磷酸铁锂产物的电化学一致性很难保证。发明人通过大量实验发现，采用同一批原料，通过亚临界水热法制备得到的磷酸铁锂的电化学性能会逐渐下降。

发明人发现，采用亚临界水热法制备磷酸铁锂时，铁磷比相对1:1的波动会影响产物磷酸铁锂的电化学性能。而实际工业化生产中，常用的原材料都会存在一定的波动，例如七水合硫酸亚铁结晶水数目随结晶温度的波动（结晶水数量波动导致一定质量的原料中硫酸亚铁量波动，使磷与铁的摩尔比发生波动）、存储过程中由于二价铁被氧化成三价铁引起的主含量的波动（化合价的变动导致产物中杂质含量的增加），工业磷酸由于吸收空气中的水分导致的主含量的波动（导致磷与铁的摩尔比发生波动）。上述影响因素导致制备得到的磷酸铁锂的电化学性能产生较大差异，一致性大大降低。尤其是对于同一批原料，随着时间推移，原料发生的波动越大，导致产品一致性降低更多。