[发明专利]一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料，其特征是：由橄榄石型磷酸铁锂（LiFePO₄）与萤石结构的氧化铋（δ-Bi₂O₃）组成的一种在三维空间上离子可快速迁移的复合晶型结构，其构成为：Li_0.8-0.9Fe_0.8-0.9Bi_0.1-0.3PO₄。

2.上述一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料的制备方法，包括以下具体步骤：

1）在高速混合机中将锂源、铁源、铋源、磷源按摩尔比Li：Fe：Bi：P=0.8-0.9：0.8-0.9：0.1-0.3：1 混合，并加入水溶胶，加入量为锂源、铁源、铋源、磷源总质量的10-20%，同时加入晶型复合剂，加入量为锂源、铁源、铋源、磷源总质量的0.2-1%，并以500-1000rpm的速度高速搅拌分散10-30min得到膏状胶体预反应体；

2）将步骤1）中得到的膏状胶体预反应体泵入锥形螺杆挤压机，螺杆挤压机由输送螺纹元件、啮合螺纹元件、压缩螺纹元件以积木式排列在芯轴上，组成输送干燥段、剪切均化段、压缩烧结段三部分，控制螺杆温度：输送干燥段120-160℃、剪切均化段180-280℃、压缩烧结段300-360℃，螺杆在200-400rpm的旋转条件下产生连续剪切均化，通过螺杆挤压机强有力的剪切、压缩烧结和晶型复合剂的诱使，膏状胶体预反应体快速形成复合晶型磷酸铋铁锂，为了防止氧化，螺杆挤压机在输送干燥段、剪切均化段、压缩烧结段均设置脱挥真空装置，保证反应在无氧条件下进行，使胶体预反应体一步完成分散、诱使复合结晶、压缩烧结，形成橄榄石型磷酸铁锂（LiFePO₄）和萤石结构的氧化铋（δ-Bi₂O₃）的复合晶型；

3）将步骤2）中得到的复合晶型磷酸铋铁锂送入密闭的陈化器，陈化器设置高压和惰性气体养护，陈化养护1-2小时，然后放料自然冷却；

4）将步骤3）得到的冷却料投入涡旋气流粉碎机，得到颗粒大小为100-200nm的复合晶型磷酸铋铁锂颗粒，该颗粒即本发明复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料。

3.如权利要求2所述的一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤1）所述的锂源是在酸性液中可溶解的磷酸氢二锂、碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂中的至少一种；所述的铁源为三价铁盐，优选磷酸铁、氧化铁、氯化铁、硝酸铁；所述的铋源为硝酸铋；所述的磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸中至少一种；所述的水溶胶为浓度为10-15%的羟丙基甲基纤维素醚、瓜尔豆胶、田箐胶、羧甲基淀粉胶中的至少一种；所述的晶型复合剂为三乙醇胺。

4.如权利要求2所述的一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤2）所述的锥形螺杆挤压机螺杆长径比56/1，保证物料在挤压机内的反应时间维持在20-30min。

5.如权利要求2所述的一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤2）所述的锥形螺杆挤压机采用电磁加热，实现物料均匀快速受热，达到稳定的反应。

6.如权利要求2所述的一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤2）所述的锥形螺杆挤压机设置脱挥真空压为1.5-2.8MPa。

7.如权利要求2所述的一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤3）所述的陈化器设置5-10MPa的压力，所述的惰性气体可选用氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氮（N2）中的一种。

8.如权利要求2所述的一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤4）所述的涡旋气流粉碎机设置循环分级机，可将达到100-200nm要求的颗粒分级收集。