[发明专利]一种磷酸铁锂正极活性材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂正极活性材料的制备方法，包括：将铁源、磷源、锂源与聚合物单体溶于含氧化性酸和/或非氧化性酸的溶剂，得到第一混合液；当第一混合液含有氧化性酸时，向第一混合液中加入碳源以使溶剂自然蒸发，当第一混合液不含氧化性酸时，在其中加入碳源后再加入过氧化氢，以使体系中的溶剂自热蒸发；待溶剂蒸发完毕后，得到正极活性材料前驱体；在保护气体存在下，对所述正极活性材料前驱体进行烧结，得到磷酸铁锂正极活性材料。本发明方法工艺简单、能耗低、对设备要求低、成本低廉，适于大规模工业化生产和应用，通过本发明方法制得的磷酸铁锂正极活性材料的形貌规整，压实密度高，由其制备的电池具有优良的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂正极活性材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，在各个领域日益显示出重要作用。作为锂离子电池的重要组成部分，锂离子电池的正极材料决定着锂电池的性能、价格及发展。目前，研究最多的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄(磷酸铁锂，LFP)。其中，磷酸铁锂正极材料因具有结构稳定性高、安全性能好、平台特性好、理论容量大等优点，逐渐成为电池工作者竞相研究的热点。

目前，业界主要通过高温固相法和水热合成法来合成磷酸铁锂，但磷酸铁锂的形貌不规则、粒径分布不合理，由其制得的极片的压实密度较低，进而导致由其制备的电池的能量密度低、放电容量低等。

发明内容

鉴于此，本申请提供了一种磷酸铁锂正极活性材料的制备方法，通过在溶液自热蒸发制备磷酸铁锂的过程中，将聚合物单体的聚合与磷酸铁锂的晶核形成同时进行，可以使生成的晶核更容易被原位形成的聚合物充分包覆，再经烧结后得到形貌和粒径得到有效控制的终产品，以使其具有较高的压实密度和较优的电化学性能。

具体地，本发明提供的一种磷酸铁锂正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铁源、磷源、锂源与聚合物单体溶于含氧化性酸和/或非氧化性酸的溶剂中，得到第一混合液；

(2)当所述第一混合液中含有所述氧化性酸时，向所述第一混合液中加入碳源，以使所述第一混合液中的溶剂自热蒸发；当所述第一混合液中含所述非氧化性酸时，还在所述加入碳源后再加入过氧化氢以使所述第一混合液中的溶剂自热蒸发；

待所述第一混合液中的溶剂自热蒸发完毕后，得到正极活性材料前驱体；

(3)在保护气体存在下，对所述正极活性材料前驱体进行烧结，得到磷酸铁锂正极活性材料。

本发明一实施方式中，将聚合物单体与磷酸铁锂合成原料的铁源、磷源、锂源在强氧化、强酸性条件下共同混合，在加入碳源后，体系可自发放热，以促使聚合物单体自行发生聚合反应，待自热反应放出的热量使体系中的溶剂蒸发完毕后，得到固态的正极活性材料前驱体(即，表面包覆有聚合物的LFP晶核)。此过程无需外部能量(如加热、光照、引发剂)的加入、对设备要求低，节省了能量。类似地，当本发明另一实施方式中，将聚合物单体与铁源、磷源、锂源混合在不含氧化性酸的强酸性体系中，在加入碳源后若再加入氧化剂-过氧化氢，体系可自发放热，以促使聚合物单体自行发生聚合反应，待自热反应放出的热量使体系中的溶剂自然蒸发完毕后，得到固态的正极活性材料前驱体。后续对该正极活性材料前驱体进行烧结处理后，碳源及表面包覆的聚合物会热分解形成导电碳，得到形貌较规整、粒径分布合理的磷酸铁锂正极活性材料。

本申请一实施方式中，步骤(1)中，所述第一混合液中可以是含有氧化性酸，或者含有氧化性酸和非氧化性酸。后续可向该第一混合液中加入碳源，以促使体系发生自热反应，进而使溶剂自然蒸发。本申请另一实施方式中，所述第一混合液中所含的酸可以仅是非氧化性酸。后续可在该第一混合液中加入碳源之后，再加入过氧化氢以促使体系发生自热反应。