[发明专利]一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法

说明书

技术领域

一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，涉及一种锂离子电池正极材料用球形磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂电池具有原料丰富、对环境友好、较高的电位和理论比容量、放电电压平稳、较好的循环性能、高的安全性和热稳定性等优点，被认为是最可能广泛应用的锂离子动力电池，在电动车和混合电动车等领域具有广阔的市场前景。但是，磷酸铁锂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，高倍率充放电时比容量降低是电池应用中的较大问题, 这限制了此材料的应用。

国内外对磷酸铁锂进行了大量的改性研究来提高磷酸铁锂的导电性能，主要包括控制颗粒大小和形貌、碳包覆、金属离子掺杂等方式。对磷酸铁锂的研究，还包括如何提高该材料的堆积密度。因此合理的材料颗粒结构和粒径设计、比表面积的优化、球形化也是磷酸铁锂材料制备的一个发展方向。

目前，磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法主要有固相法、碳热还原法、溶胶凝胶法、水热法和微波法等。溶胶凝胶法、水热法和微波法由于成本高、技术难度大等缺点，因此实现产业化较困难。固相法和碳热还原法是目前产业化应用较多的工艺方法，两种方法均是先将原料进行混合均匀, 然后在高温下合成磷酸铁锂。但由于固相法和碳热还原法制备的材料颗粒较大且混合不均匀，难以得到高纯度正极材料。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提出一种工艺流程简单，适合用于工业上大规模生产的合成外观呈类球型，具有良好的电化学性能的球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的分子式为：Li_1-xM_xFe_1-yM’_yPO₄/C，其中M ,M’代表掺杂离子；其特征在于制备过程采用九水硝酸铁、磷酸、碳酸锂、掺杂金属离子盐及碳源为原料，按照Li_1-xM_xFe_1-yM’_yPO₄，M ,M’代表掺杂离子，x=0-0.05，y=0-0.05，称取上述各原料；碳源按照原料总质量比5%-30%称取；

其步骤包括：

（1）将九水硝酸铁、磷酸加入去离子水，反应制备磷酸铁悬浮液；

（2）将碳酸锂、掺杂金属离子盐及碳源加入制得到悬浮液中，研磨得到混合浆料；

（3）将混合浆料经喷雾干燥得到前驱体，前驱体在惰性气氛或弱还原气氛下煅烧得到球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体。

本发明的一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，其特征在于将九水硝酸铁、磷酸加入去离子水，铁离子浓度为0.5-2.0mol/L，磷酸质量浓度为30%-50%；反应时间为4-100小时，控制体系pH值为2.0-4.0、反应温度为40-80℃。

本发明的一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，其特征在于将碳酸锂、掺杂金属离子盐及碳源加入制得悬浮液是在立式搅拌磨机中研磨2-40小时，得到混合浆料。

本发明的一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，其特征在于将混合浆料经喷雾干燥过程的喷雾干燥器的入口温度为150-300℃，出口温度为65-120℃，混合浆料流速为5ml/min-20ml/min，得到球形前驱体。

本发明的一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，其特征在于混合浆料经喷雾干燥得到前驱体先在惰性气氛或弱还原气氛下，在300-500℃温度下煅烧1-10小时，再在500-1000℃温度下煅烧4-20小时，得到球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体。

本发明的在惰性气氛或弱还原气氛下一种球形磷酸铁锂的制备方法，其特征在于所述的惰性气氛或弱还原气氛为高纯N₂气或Ar-H₂(5%)混合气体。

本发明的一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，其特征在于所述掺杂金属离子可以选用Mn、Mg、Ca、Ti、Ag、Ni、Nb、Al、Zn、Zr中的一种或一种以上。

本发明的一种球形掺杂磷酸铁锂/炭复合粉体的制备方法，其特征在于所述碳源可以选用蔗糖、可溶性淀粉、葡萄糖、果糖、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或一种以上。