[发明专利]一种磷酸铁锂的二次烧结合成方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种锂离子动力电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，具体是指一种磷酸铁锂的二次烧结合成方法，属于电化学、材料学、物理学交叉学科技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种万能型可充电式电池，是上个世纪90年代初兴起的最新一代二次电池产品，目前尚无可预见的替代产品。锂离子电池具有单体工作电压高、质量和体积比能量大、自放电小、无记忆效应、循环寿命长等优点，是21世纪重点发展的理想能源，广泛应用于手机、笔记本电脑、摄像机、电动工具、航模等便捷式电器领域，且正逐步应用于大型动力领域，如电动车、助力车、混合(纯)动力车、不间断电源、大型通讯电源等。

正交晶系橄榄石型的磷酸铁锂由于具有价格低廉，安全性好，循环寿命长，对环境无污染而成为一种最有潜力的锂离子动力电池材料，已引起学术界及产业界的广泛兴趣。许多专家和学者认为，磷酸铁锂电池作为动力型电源的突破，必将使铅酸电池、镍氢电池以及锰、钴等系列正极材料制成的锂离子电池退出历史的舞台。目前，国际上仅有加拿大Phostech Lithium公司，美国valence公司和A123公司，以及台湾长圆公司等少数几家公司实现了磷酸铁锂材料的批量生产。国内生产厂家的技术还不成熟，无法保证批量稳定的磷酸铁锂供应。目前LiFePO₄作为锂离子动力电池正极材料还存在一些技术瓶颈，例如电导率低、低温性能差、储存性能不佳、批次一致性差等问题是其走向实用化的最大障碍，成为制约锂离子电池在大型动力设备上应用的关键因素之一。

目前磷酸铁锂合成方法主要有以下几种：1、草酸亚铁、磷酸二氢铵和碳酸锂混合，高温烧结制备磷酸铁锂；2、氧化铁、磷酸二氢铵和碳酸锂混合，高温烧结制备磷酸铁锂；3、磷酸铁和碳酸锂混合，高温烧结制备磷酸铁锂；4、湿法直接合成磷酸铁锂，再高温处理。四种方法各具优势，第一种方法工艺简单，便于产业化，但合成出的磷酸铁锂加工性能不佳，且一致性问题不好；第二种方法工艺简单，合成出的磷酸铁锂物理指标突出，加工性能好，但倍率性能不理想，且一致性问题差；第三种方法工艺较简单，合成出的磷酸铁锂物理指标突出，倍率性能也好，但很难解决磷酸铁锂合成一致性差的问题；第四种方法工艺复杂，合成出的磷酸铁锂性能好，但同样存在一致性差的问题。并且，上述四种方法制备的磷酸铁锂，均存在一个共同的缺陷，即储存性能较差，因为储存性能和磷酸铁锂中杂相息息相关，采用高温烧结合成，无法避免产生较多的杂质相，而这些杂相物质在电池使用时可以和电解液作用，形成的金属离子容易在负极析出，产生嵌锂，从而，影响电池的循环性能。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、制备的磷酸铁锂具有高的导电率、良好的储存性能、较佳的低温性能且批次一致性好的磷酸铁锂的二次烧结合成方法。

本发明一种磷酸铁锂的二次烧结合成方法，包括下述工艺步骤：

第一步：配料

取锂盐、铁的化合物和磷的化合物，按锂、铁、磷元素摩尔比为(0.98-1.02)∶1∶1的比例配料，混合均匀；所述锂盐、铁的化合物和磷的化合物的粒度为1-20微米；

第二步：一次烧结

将第一步所得混合物以1-5℃/min的升温速度从室温升至350℃-550℃，并保温5-15小时，然后随炉冷却至室温，对所得物料进行破碎，得到磷酸铁锂粉末；

第三步：二次烧结

将第二步所得磷酸铁锂粉末与碳源、溶剂混合均匀，干燥后以2-8℃/min的升温速度从室温升至650℃-850℃，保温10-20小时，然后随炉冷却降至室温，破碎、过筛分级，筛下物即为本发明方法生产的磷酸铁锂产品。

本发明中，所述锂盐选自碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂中的一种；所述铁的化合物选自草酸亚铁、三氧化二铁、磷酸铁中的一种；所述磷的化合物选自磷酸二氢铵、磷酸铁中的一种。

本发明中，所述破碎为机械破碎。

本发明中，所述过筛分级粒度为1-4μm。

本发明中，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖中的一种。

本发明中，所述溶剂选自酒精、纯水中的一种。

本发明中，所述第一次烧结、第二次烧结均在惰性气体保护气氛炉中进行。