[发明专利]一种磷酸亚铁锂正极活性材料的制备方法及其制备的磷酸亚铁锂正极活性材料

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，是关于一种磷酸亚铁锂正极活性材料的制备方法及其制备的磷酸亚铁锂正极活性材料。

背景技术

锂离子电池作为高比容量的化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车、空间电源的首选配套电源，成为可替代能源的首选。

磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是锂离子电池正极活性物质的研究热点。初步研究表明，LiFePO₄集中了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₄等材料的各自优点：不含贵重金属，原料廉价，资源极大丰富；工作电压适中（3.4V）；平台特性好，电压平稳，理论容量大（170mAh/g）；结构稳定，安全性能佳（氧与磷以强共价键牢固结合，使材料很难析氧分解）；高温性能和循环性能好；充电时体积缩小，与碳负极材料配合时的体积效应好；与大多数电解液系统相容性好，储存性能好并且无毒，可以作为真正的绿色能源。

现有合成磷酸亚铁锂（LiFePO₄）的方法主要有：固相烧结法、液相氧化还原法及水热法，水热法由于相对能合成分散均匀、颗粒可控的磷酸亚铁锂，成为现有研究的热点。现有水热法合成磷酸亚铁锂（LiFePO₄）的方法主要有：（1）常温下先制备磷酸锂，然后再加入硫酸亚铁溶液，最后升高温度至合成温度，并在该温度下恒温一段时间后，降温，洗涤，过滤即可得到磷酸铁锂；（2）在常温下将磷酸与硫酸亚铁混合完全后，再将氢氧化锂溶液与其混合，反应完全后将其升温至指定温度，在该温度下恒温一段时间后，降温，洗涤，过滤即可得到磷酸铁锂。也有在反应时添加表面活性剂，如季铵盐类阳离子表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂、十六烷基三甲基溴化氨或聚乙二醇等，制得电化学性能优良，粒径分布均匀，粒径D50在 1.5～2μm，物相纯度达99％以上，电子导电性高的磷酸铁锂，克服了LiFePO₄这种材料的电子导电性能较差的问题，但该材料在4Mpa的压力下的压实密度基本维持在1.9~2.1g/cc之间，比充容量维持在155~160mAh/g，比放容量维持在153~158mAh/g，材料的压实密度低，比容量和体积能量仍不理想。

发明内容

本发明为了克服现有水热法合成的磷酸亚铁锂正极活性材料的压实密度低，比容量和体积能量不理想的技术问题，提供一种压实密度高，比容量和体积能量更高的磷酸亚铁锂正极活性材料及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种磷酸亚铁锂正极活性材料的制备方法，该方法包括，将第一磷源、第一铁源及阳离子表面活性剂和第一锂源接触得溶液A，将第二磷源、第二铁源及阴离子表面活性剂和第二锂源接触得溶液B，将溶液A和溶液B于高温高压下反应得磷酸亚铁锂。

本发明的第二个目的是提供一种磷酸亚铁锂正极活性材料，由上述磷酸亚铁锂正极活性材料的制备方法制备得到。

本发明的发明人意外发现采用本发明的技术方案，将不可能应用于一个技术方案中的具有电荷中和效应的阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂应用于一个技术方案中，意外得到压实密度高、比容量和体积能量更高的磷酸亚铁锂正极活性材料，推测可能因为第一磷源、第一铁源和第一锂源在添加有表面活性剂的条件下于液相中发生反应，第二磷源、第二铁源和第二锂源也在添加有表面活性剂的条件下于液相中发生反应，均能制备形貌规则，粒径理想的一次颗粒，保证了材料的均一和稳定性，且溶液A中每个一次颗粒的表面均有大量的阳离子，溶液B中每个一次颗粒的表面均有大量的阴离子，当溶液A和溶液B混合，其表面的正负离子将会因为电荷的中和而相互吸引，从而将溶液A中的一次颗粒与溶液B中的一次颗粒紧密的结合在一起反应，颗粒与颗粒连接时也没有缝隙，很好的利用阴阳离子的电荷中和及电荷中和过程中两种表面活性剂可能生成一种粘稠状物，能将颗粒与颗粒紧密的连接在一起，水热反应后，经过滤洗涤等，制备的正极活性材料不仅一次颗粒仍然非常明显，即：在一定条件下对材料的电化学性能没有影响，且颗粒之间有明显的团聚现象，二次颗粒明显，颗粒与颗粒之间紧密接触，一次颗粒之间的空隙变小、变少，材料的压实密度高，电池的比容量和体积能量更高。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的磷酸铁锂的场发射电子扫描镜*50000倍。

图2为本发明实施例1制得的磷酸铁锂的场发射电子扫描镜*20000倍。