[发明专利]一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种性能优异的二次绿色电源，在各种移动工具中得到了越来越广泛的应用。特别是近年来由于国家对环境保护的控制日益严格，使得目前主要应用于电动车上的铅酸电池的生产得到了更加严格的控制，而以高能二次锂离子电池为能源驱动的电动汽车(Electric Vehicle，EV)和以燃油和锂离子电池为动力的混合电动汽车(Hybride ElectricVehicle，HEV)越来越受到国家和各大型企业的重视。以LiFePO₄为正极的锂离子二次动力电池因具有其难以替代的优点，如更安全、更环保和更廉价而成为了世界上炙手可热的锂离子动力电池正极材料。

现有的磷酸铁锂合成方法主要以高温固相法为主，如中国专利公开的CN101081696A、CN101118963A、CN101037195A所公开的磷酸铁锂制备方法。高温固相法由于工艺流程简单，条件容易控制，容易实现产业化而备受关注，其工艺流程基本上都包括以下过程：以去离子水或者有机溶剂作为研磨剂，通过各种型号的搅拌球磨机进行研磨，然后通过真空静态干燥或者喷雾干燥等方式实现物料的干燥；最后在惰性气氛保护的窑炉中进行烧结，得到磷酸铁锂产品。在球磨和干燥实施过程中，不可避免地要出现以下两个缺陷：1、由于在球磨过程中将前驱体的形貌和粒度分布加以破坏，导致产品的形貌无规则，粒度分布宽，从而对产品在制作电池过程中的加工性能造成很大的影响。2、在干燥过程中碳的偏析和损失导致碳在产品中分布不均匀而且含量难以控制，从而导致磷酸铁锂的一致性和稳定性太差，这是影响磷酸铁锂材料产业化的一个很大的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提出一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。所要解决的技术问题是：首先保护前躯体的形貌和粒度分布，使烧结出来的产品同样能保持较好的形貌和粒度分布；其次增加碳源在混料过程中的均匀性，简化生产流程，使磷酸铁锂产品的一致性和稳定性得到保障。

为达到上述目的，本发明所述的一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)、将锂、铁、磷材料和参杂金属离子按摩尔比为1∶0.9～1.1∶0.95～1.1∶0.02～0.1的比例配料，然后投入到高速混合机中混合3～5小时，混合过程中不添加任何研磨介质和研磨剂，混合机内的物料温度通过循环冷却水控制在40℃以内；再将混合好的物料投入到有氩气或者氮气保护的气氛炉中，在450℃～650℃的温度下烧结5～15小时得到参杂的磷酸铁锂材料；

B)、将步骤A)得到的参杂的磷酸铁锂材料与导电剂材料按照重量份数比为20∶1～20∶3的比例混合，再投入到高速混合机中混合1～2小时，混合过程中不添加任何研磨介质和研磨剂，混合机内的物料温度通过循环冷却水控制在40℃以内；然后将混合好的复合物料投入到有氩气或者氮气保护的气氛炉中，在750℃～850℃的温度下烧结5～15小时得到磷酸铁锂复合材料；

C)、将步骤B)得到的磷酸铁锂复合材料通过粉碎、分级，即得到最终的磷酸铁锂产品。

在步骤A)，所述锂、铁、磷材料的为锂盐、铁盐和磷酸盐，其中锂、铁、磷的摩尔比为1∶0.9～1.1∶0.95～1.1。

所述锂盐为碳酸锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂其中的一种或数种的混合物，所述铁盐为三氧化二铁、四氧化三铁、磷酸铁、草酸亚铁其中的一种或数种的混合物，所述磷酸盐为磷酸二氢锂、磷酸铁、磷酸二氢氨其中的一种或数种的混合物。

所述参杂金属离子为Mg、Ti、Cr或者Al中的一种或者几种。

所述导电剂材料为石墨、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖或淀粉中的一种或几种。

具体实施方式

实例一：

本发明所述的一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)、将锂、铁、磷材料和参杂金属离子按摩尔比为1∶0.9～1.1∶0.95～1.1∶0.02～0.1的比例配料，然后投入到高速混合机中混合3～5小时，混合过程中不添加任何研磨介质和研磨剂，混合机内的物料温度通过循环冷却水控制在40℃以内；再将混合好的物料投入到有氩气或者氮气保护的气氛炉中，在450℃～650℃的温度下烧结5～15小时得到参杂的磷酸铁锂材料；