[发明专利]高密度磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高密度磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法主要包括以下步骤：按照一定比例混合还原性铁粉和正磷酸铁得到复合铁源；然后在球磨设备中加入去离子水，再依次加入锂源、复合铁源、磷源、碳源及表面活性剂，球磨后形成浆料；将得到的浆料打入隔膜压滤机内进行固液分离，得固含量在85％以上的前驱体；将前驱体置于闪蒸干燥机内进行干燥，得到含液量低于1％的粉末状前驱体；将前驱体粉末置于具有保护性气氛的窑炉内进行烧结，冷却后再经气流粉碎得到磷酸铁锂粉末。本发明的方法工艺简单、成本低，产品的电化学性能好。

技术领域

本发明属于绿色能源材料领域，具体为锂电池技术领域，尤其涉及高密度磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、无污染等优势，成为动力电池开发的热点。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，是决定电池的安全性、容量和价格的关键因素。目前，工业化的动力锂离子电池用正极材料主要是磷酸铁锂和高镍三元材料，其中磷酸铁锂材料的需求较大。

采用高温固相法生产磷酸铁锂，目前行业内通用的工艺路线为以磷酸铁、碳酸锂及碳源为原材料，采用去离子水为分散剂，通过湿法球磨及高速超细磨后经离心喷雾干燥后得到球形粉末状前驱体，由于离心喷雾干燥后所得前驱体呈空心球状，经烧结后所得磷酸铁锂材料仍呈空心球状，再经气流粉碎后，部分粒度较大的空心球能被破碎，但破碎过程中会出现磷酸铁锂晶粒表面包覆碳剥离现象，部分粒度小的仍呈空心球状。由于空心球状材料的存在，导致物料密度小，在电芯厂的加工过程中出现难分散，加工性能差，极片对辊后因反弹而出现的掉粉、起皮现象，并且极片压实密度低。目前行业内均采用前驱体粉碎方式以解决空心球及碳剥离问题，但前驱体粉碎后，物料细小膨松，会大大降低烧结产能，且由于物料细小，比表面及空隙较大，进而影响烧结过程中的传质传热效果。

磷酸铁锂制备工艺中的干燥环节还有待继续探索，尤其是在湿法混料制备磷酸铁锂的过程中，干燥过程更为重要。干燥不充分会导致材料不均匀，更会使烧结过程中出现凝结状，影响磷酸铁锂正极材料的性能。此外，干燥效率低，将间接导致生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备性能优异的高密度磷酸铁锂正极材料的方法，有效解决现有技术中制备得到的磷酸铁锂性能差，制备过程中浆料固含量低、前驱体干燥不充分，制备成本高、污染大的技术问题。

具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：

一种高密度磷酸铁锂正极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

A、机械活化：首先按照一定比例称量还原性铁粉和正磷酸铁，将称量好的还原性铁粉和正磷酸铁混合均匀得到复合铁源；然后在球磨设备中加入一定量去离子水，再按照一定比例加入锂源、复合铁源、磷源、碳源及表面活性剂，球磨后形成浆料；

B、固液分离：将步骤A得到的浆料打入隔膜压滤机内进行固液分离，得固含量在85％以上的滤饼状前驱体；

C、闪蒸干燥：将步骤B得到的前驱体置于闪蒸干燥机内进行干燥，得到粉末状前驱体；

D、动态烧结：将前驱体粉末置于具有保护性气氛的窑炉内进行烧结，冷却后再经气流粉碎得到磷酸铁锂粉末。

优选地，所述复合铁源中的还原性铁粉的粒径D50为1～2μm，正磷酸铁的一次颗粒为50～200nm，还原性铁粉与正磷酸铁的混合摩尔比为1：10～1：1，优选1：5～1：1。

优选地，所述步骤A中球磨时间为4～8小时，球磨得到的浆料的固含量为52～68％，浆料的粒度控制在1.0-2.0μm，所述浆料中的Li：Fe：P摩尔比为(1～1.2)：(0.96～1.2)：1。

优选地，步骤C闪蒸干燥后的前驱体的含液量低于1％。