[发明专利]一种粒度可控的磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本专利涉及磷酸铁锂，特指一种粒度可控的磷酸铁锂正极材料的制备方法，属于材料合成领域。 

背景技术

橄榄石型晶体结构的LiFePO₄作为锂离子电池正极材料，具有理论容量较高(170mAh/g)、充放电循环性能好、结构稳定、环境友好、资源丰富等优点，被广泛看好；然而，由于 LiFePO₄自身具有较低的电子传导率和锂离子扩散速率，极大地限制了 LiFePO₄的电化学性能，并阻碍了 LiFePO₄正极材料在商业上的广泛应用；经过对 LiFePO₄进行大量研究后发现，控制颗粒的尺寸和形貌，表面包覆和金属离子掺杂已可有效改善 LiFePO₄的电化学性能，其中制备形状规则的小颗粒的 LiFePO₄可以有效缩短离子和电子在其内部的迁移距离，进而提高材料内的 Li⁺和电子的扩散和传输速率；目前主要通过诸如水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法等制备方法来控制磷酸铁锂的形貌尺寸，一定程度上改善了 LiFePO₄正极材料的电化学性能；在众多合成方法中，固相法和传统喷雾法以其产品性能好、制备步骤简便、适合大规模生产等优点得到广泛研究和应用，但是固相法存在物相不均匀、产品一致性差等缺点；传统喷雾法制备的LiFePO₄存在颗粒尺寸大（平均粒径在10~20μm）和颗粒分布不均的缺点，在电池加工过程中LiFePO₄材料中大颗粒易破碎和碳层分布不均，从而导致材料电化学性能差、稳定性差和加工性能差等缺点，此外LiFePO₄低的振实密度使得 LiFePO₄电池的体积比能量较低，限制了 LiFePO₄的实际应用。 

本方法采用固液相法相结合克服了固相合成法和传统喷雾法的以上不足，采用二流体喷雾干燥法制备粒度可控的球形磷酸铁锂材料，颗粒均匀细小，粒度分布范围窄，电化学性能优异。 

发明内容

本专利是结合固相法和液相法采用二流体喷雾干燥，提供一种粒度可控的磷酸铁锂正极材料的制备方法。 

本发明的技术方案是： 

1）取磷酸盐、铁盐和锂盐按照化学计量比混合均匀得到混合料。

2）将混合料加入含有有机物的水溶液中研磨后得到固液混合物；有机物在水溶液中的质量百分浓度为1%~10%，混合料与水溶液的质量比为1：0.5~5； 有机物烧后变成碳，碳均匀包覆在磷酸铁锂颗粒表面，可以提高磷酸铁锂的导电性，体现为容量变高。 

3）研磨后的固液混合物采用二流体喷雾干燥得到粉末前躯体。 

4）前躯体粉末在非氧化气氛炉中煅烧，合成得到球形磷酸铁锂材料。 

步骤1中的所述的按照化学计量比混合均匀指：按磷酸根离子：铁离子：锂离子摩尔比（0.9~1.2）：（0.8~1.2）：（0.9~1.2）的比例混合均匀。 

步骤2中所述的研磨指研磨粒度至50~500nm。 

步骤3中的控制二流体喷雾干燥的工艺参数为：喷雾干燥的进风温度为100~500℃，出风温度为80~200℃，气压压力为0.1~10Mpa，喷雾干燥得到粉末前躯体。 

步骤4中的煅烧指以1~20℃/min的升温速率至500~1000℃保温6~12小时煅烧，后按10~100℃/min的降温速率冷却；所述球形磷酸铁锂材料的粒径为1~10um。 

其中，磷酸盐为磷酸氢氨、磷酸二氢氨、磷酸锂和磷酸铁中的一种；铁盐为三氧化二铁、四氧化三铁、草酸亚铁、醋酸铁、磷酸铁、硫酸亚铁和硝酸铁中的一种；锂盐为磷酸锂、氢氧化锂、硫酸锂、硝酸锂和碳酸锂中的一种。 

有机物为葡萄糖、淀粉、冰糖、果糖、蔗糖、聚丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯中的一种或其中两种的混合；非氧化气氛为氩气、氢气、氮气或其中两种的混合。 

附图说明

图1为实施1中所得LiFePO₄的扫描电镜照片。 

图2为实施1中所得LiFePO₄的粒度分布曲线。 

图3为实施1中所得LiFePO₄的首次充放电曲线。 

图4为实施1中所得LiFePO₄的不同倍率的循环曲线。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。 

实施例一：