[发明专利]高导电性磷酸铁锂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高导电性磷酸铁锂的制备方法及其应用，将柠檬酸铋铵、磷源、锂源、亚铁源、还原剂和水混合，将混合溶液进行水热反应，固液分离得到固体料，固体料置于惰性气氛下煅烧，即得高导电性磷酸铁锂。本发明在合成过程中通过柠檬酸铋铵与还原剂发生氧化还原反应生成铋单质，使金属铋分散到合成的磷酸铁锂沉淀物中，从而提升材料的导电性，得到高导电性的磷酸铁锂正极材料。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，具体涉及一种高导电性磷酸铁锂的制备方法及其应用。

背景技术

磷酸铁锂电池相对于三元电池具备更高的安全性和更低的成本优势，其具备热稳定性好、循环寿命长、环境友好，原料来源丰富等优势，是目前最具应用潜力的动力锂离子电池正极材料，正获得更多汽车厂商的青睐，市场占有率不断提升。国内以比亚迪为代表，市场占有率居高不下，尤其在储能市场，磷酸铁锂具有广阔的应用前景。

针对磷酸铁锂正极材料的制备，目前主流方向是采用湿法合成磷酸铁，然后将磷酸铁与锂源烧结之后再包覆导电碳，具体地，将铁盐溶液和磷酸盐并流加入到搅拌反应器中进行混合共沉淀，共沉淀结晶后大量盐保留在母液中，同时共沉淀过程中添加氨水作为络合剂，不仅需要消耗大量的氨等物料，而且还会产生大量的废气、废水和废物，从而对环境造成巨大的负担。

此外，该方法制备的磷酸铁锂材料的导电性比较差，其本征电导率为10^-10～10^-9s/cm。传统的炭黑及石墨类导电剂能有效填充正极材料颗粒间隙，但远程颗粒连接效果较差，导电能力受限，局部电导能力不均匀，并且小颗粒导电炭黑SP易陷于活性材料空隙中，导电性能变差。通过对磷酸铁锂进行碳包覆可以在一定程度上提到导电性，但是难以从本质上解决导电性不佳的问题，且会导致比容量降低。如何提高磷酸铁锂电导率的同时减少对比容量的影响，成为亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高导电性磷酸铁锂的制备方法及其应用，该方法制备得到的磷酸铁锂正极材料具有较高的导电能力，避免了碳包覆带来的导电性差、比容量低等问题。

根据本发明的一个方面，提出了一种高导电性磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

S1：将柠檬酸铋铵、磷源、锂源、亚铁源、还原剂和水混合，得到混合溶液；

S2：将所述混合溶液进行水热反应，反应结束后冷却，固液分离，得到固体料；

S3：所述固体料经洗涤、干燥，再置于惰性气氛下煅烧，即得所述高导电性磷酸铁锂。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，混合溶液中Li、Fe、P、Bi的摩尔比为(300-360)：(98-102)：(98-102)：(2-8)。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述混合溶液中铁元素的浓度为0.3-0.6mol/L。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述还原剂为抗坏血酸、海藻酸、黄糊精、葡萄糖或可溶性淀粉中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述混合溶液中还原剂的浓度为5-10g/L。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述亚铁源为硫酸亚铁或氯化亚铁中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述磷源为磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐或磷酸盐中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述水热反应的温度为160-220℃。进一步地，所述水热反应的时间为1-4h。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述冷却是将反应后物料在0-10℃的冷却水中快速冷却至室温。