[发明专利]一种磷酸铁锂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种一种磷酸铁锂的制备方法及其应用，向第一反应器内并流加入亚铁盐和磷酸二氢铵的混合液、柠檬酸溶液和pH调节剂进行反应，同时抽取第一反应器内物料至第二反应器中，并向第二反应器中加入铜盐溶液和氢氧化钠溶液进行反应，第二反应器中的物料回流至第一反应器内，将反应所得固体料与锂源混合，置于氨气流中煅烧，得磷酸铁锂。该方法可制备得到球形结构的磷酸铁锂前驱体，进而提高后续制备磷酸铁锂材料的电化学性能，并具备较高的导电性。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂的制备方法及其应用。

背景技术

随着电动汽车市场的不断发展，安全性和经济性越来越受到人们的重视，尤其在安全性方面，电动汽车电源起火燃烧的事故常有报道。动力电源是电动汽车的关键部件，而动力锂离子电池被公认为是最理想的动力电源，其是否得以广泛应用主要取决于性能、价格以及安全性等指标。正极材料作为动力锂离子电池的核心成分，其成本和性能将直接影响到电池整体的成本和性能。因此，开发性能优异、价格低廉的正极材料是锂离子电池研究的重点。

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，磷酸铁锂具有广阔的应用前景。

由于磷酸铁锂的导电性不好，需要配入一定比例的导电碳粉，既可以包覆在磷酸铁锂表面增加导电性，又可以作为碳热反应的还原剂，营造了磷酸铁锂再生所需的还原气氛。大量导电碳粉包覆磷酸铁锂虽然能提高其导电性，但庞大的体积和重量限制了正极材料的比电容提高。专利公开采用昂贵的碳纳米管、石墨烯或者导电高分子材料增加磷酸铁锂的导电性，但实用性不强。例如，中国专利CN102136576B公开一种磷酸铁锂电池用导电剂及其制备方法，采用了碳纳米管和导电碳复合材料作为导电剂。中国专利CN1061159265B公开含石墨烯复合导电剂的磷酸铁锂电池正极浆料的制备方法。中国专利CN104795569B公开磷酸铁锂电池用导电高分子复合导电剂及其制备方法。

为了改善LiFePO₄的性能，人们通过表面包覆导电材料、掺杂高价金属阳离子和合成纳米材料等方法，提高了其离子扩散系数和电子导电率，使其达到实用化水平。但是其振实密度较低一直未得到改善，根据长期的研究发现，通过球形化能够提高材料的振实密度和体积比容量，而且球形颗粒具有良好的可加工性能，能够更好地对材料进行改性，以改善其电化学性能。同时，磷酸铁锂的形貌对其前驱体有一定的继承性，磷酸铁锂晶体可直接在其前驱体晶体的基础上生长，前驱体的形貌直接决定了磷酸铁锂的形貌。一般的磷酸铁锂前驱体的制备方法中，使用亚铁盐作为铁源，需引入双氧水等化学氧化剂进行氧化，成本较高，且制备的多为无定型的纳米级小颗粒，振实密度偏低，同样限制了正极材料的比电容。

因此，如何研发提高磷酸铁锂的电导率以及如何提高磷酸铁锂的球形度，成为目前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，本发明提出一种磷酸铁锂的制备方法及其应用，该方法可制备得到球形结构的磷酸铁锂前驱体，进而提高后续制备磷酸铁锂材料的电化学性能，并具备较高的导电性。

根据本发明的一个方面，提出了一种磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

S1：向第一反应器内加入底液，再并流加入亚铁盐和磷酸二氢铵的混合液、柠檬酸溶液和pH调节剂进行反应，同时抽取第一反应器内物料至第二反应器中，并向所述第二反应器中加入铜盐溶液和氢氧化钠溶液进行反应，所述第二反应器中的物料回流至所述第一反应器内；

S2：当所述第一反应器内的物料达到目标粒径，进行固液分离，得到固体料；

S3：将所述固体料与锂源混合，再置于氨气流中煅烧，即得所述磷酸铁锂。