[发明专利]一种多羟基溶剂湿热法制备磷酸亚铁锂的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于无机新能源材料领域。涉及一种多羟基溶剂湿热法制备磷酸亚铁锂的工艺方法。

技术背景

能源汽车的发展愈来愈受到世界各国的重视，作为核心部件的动力电池则更被业内所看好。当前许多知名的汽车制造商都致力于开发动力电池的电动汽车，如美国福特、克莱斯勒，日本丰田、三菱、日产、韩国现代、法国Courreges、Ventury等。而国内汽车制造商比亚迪、吉利、奇瑞、力帆、中兴等车企也纷纷在自己的混合动力和纯电动汽车中搭载锂离子动力电池。中国的新能源汽车电池产业起步虽晚于欧美日，但发展非常快，在锂离子动力电池的研发上也投入了大量财力、物力。

目前阻碍锂离子动力电池发展的瓶颈是：汽车动力电池的管理系统和安全性能以及生产成本。安全性能方面，由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境恶劣等方面的原因，加上以人为本的安全理念，因此，用户对电池的安全性提出了非常高的要求，相应的对正极材料的安全性能要求也更为苛刻。钴酸锂材料是最早取得商业化应用且技术最为成熟的锂离子电池正极材料，广泛应用于小型电器如手机电池、笔记本电池等。由于受资源、成本价格和安全问题的制约，使其难以在大容量动力电池中得到应用。

LiFePO₄具有较高的电位和理论比容量、较好的循环性能、环境友好，但是纯LiFePO₄的离子传导率和电子传导率均较低，只适合在小电流密度下进行充放电。所以，如何改善LiFePO₄的导电性能及提高锂离子在材料本体及固液界面之间的迁移速度是该类材料能否实际应用的关键。

提高LiFePO₄电导率通常的方法是对样品进行碳掺杂。专利CN1401559将一定比例的磷源化合物、铁源化合物、锂源化合物以及含碳导电剂球磨混合后，在惰性气氛下加热一定时间，得到纯相的LiFePO₄样品。专利CN1775666A将一定量的碳酸锂、草酸亚铁和磷酸二氢铵以及导电剂混合后采用微波加热技术得到掺碳的LiFePO₄样品。碳包覆方法虽然能够提高材料颗粒之间的导电性能，但对提高晶格内部的导电性能无能为力，导致材料的振实密度降低(一般来说仅为1.0-1.25g/cm³)，进而降低了电池的体积比容量，这对于大功率电池的实用化是不利的。

目前国内外磷酸铁锂材料实现产业化的生产方法主要可以分为固相法(包括利用喷雾干燥进行改进的固相生产方法)和以水热合成为代表的液相法等，对于固相法而言，虽然工艺简单，但是该方法与生俱来的品质一致性等问题没有得到妥善解决，水热法虽然在一定程度上解决了一致性问题，但对设备要求苛刻(一般需要耐高压设备)，生产成本较高。

另外据文献报道，磷酸铁锂材料还有一种前驱体共沉淀的液相合成方法，主要是将锂源、铁源、磷酸按照3∶1∶1的摩尔比例投加至反应体系中，得到等摩尔比且均匀混合的Li₃PO4和Fe₃(PO4)₂前驱体(多余的锂源需要回收)，而后前驱体在较高温度(一般是650-700℃)下长时间烧结得到磷酸铁锂产品，本发明所述方法与之不同之处在于主要原料亚铁盐和磷酸锂盐按照摩尔比1∶1投料，原料利用率100％(无需锂回收)，另外磷酸铁锂于液相中已经生成，热处理的目的是为了实现晶型规整，因此热处理的温度、时间均大大得到降低。

发明内容

本发明的目的是针对磷酸铁锂固相生产工艺暴露出来的品质一致性差以及水热合成法存在的工艺复杂、设备苛刻等问题，提供一种多羟基溶剂湿热法制备磷酸亚铁锂的工艺方法。该方法利用液相反应的均匀性，通过控制具体工艺参数，实现了批次内及批次间品质的稳定。另外，由于液相反应于常压下进行，避免了特殊设备的使用。