[发明专利]共沉淀法制备磷酸铁锂材料的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及共沉淀法制备磷酸铁锂材料的工艺。

背景技术

在锂离子电池中，正极材料占有非常重要的地位，也是当前锂离子电池发展的重点。传统的正极材料是钻酸锂，其优点是能量高、循环性能好、制备简单、技术成熟、工艺适应性好，缺点是价格太高、安全性能差。锰酸锂价格便宜，但是循环性能和高温性能有待改进。以锰和镍部分替代钴的二分之一材料是锰酸锂和钴酸性能和价格折中的材料，其钴含量不能降得很低，而镍的价格也很高，因此其性价比不理想。而磷酸铁锂成本低、资源丰富、循环性能好，是理想的锂离子电池正极材料。

LiFePO₄(LEP)正极材料也有很大的缺陷，其离子和电子导电性能不佳，导致充放电倍率性能不佳。这个缺点极大影响了LiFePO₄取代LiCoO₂成为新一代锂离子电池正极材料。LiFePO₄正极材料的这一缺陷可以通过制备超细颗粒来克服。通过增大材料比表面积，促进颗粒之间的相互接触或者包覆导电炭，能够提高LiFePO₄正极材料的导电性能。但随之而来又出现新问题。随着比表面积的增加，涂布所需的粘接剂和溶剂的量也大大增加，给极片的涂布带来了很大的困难，并且将极片制备成电芯或电池后，很容易出现掉料现象。目前，磷酸铁锂材料普遍存在涂布困难问题。

1999年美国Texas大学的J.B.Goodenough等人获得US PatentNo.591382de锂电池正极磷酸铁锂材料的专利权，以0.05mA/cm2的小电流放电，容量为110mAh/g,远未达到170mAh/g的理论容量，原因是磷酸铁锂电子和离子电导率低。为解决此问题，N.Ravet和M.Armand等人采用炭包覆、金属掺杂和磷位替代的方法大大提高磷酸铁锂电导率。2002年美国麻省理工学院的Yet-Ming Chiang等申请专利US2004/005265A1，在锂位掺杂+2以上金属离子可以大幅度提高电子导电率，从而提高了磷酸铁锂的倍率特性。以上为动力锂离子电池中的应用提供理论基础。

Sony公司采用Li₃PO和Fe₃(PO)₂-8H₂0为原料，加入无定形炭黑或炭前驱体一起球磨，于6000C以下制备磷酸铁锂。该方法最大的优点是尾气中只有水排出，产率高，但需要先制备磷酸亚铁前驱体，而且如果要掺杂其他元素，需按比例另加入磷酸才能保持各元素计量比的平衡.

基于高温炭热还原合成技术，美国Valence Technology Inc.公司用廉价的三氧化二铁等三价铁源，在原材料混合时加入重量比100％过量，以三价铁被炭黑还原为二价铁的用量计的无定形炭黑制备磷酸铁锂。

现有技术一般采用固相法或湿化学方法制备正极活性物质LiFeP04，例如公开号为CN 1401559A的中国专利公开了一种磷酸铁锂(LiFePO₄)的制备方法，该方法将锂盐、亚铁盐和磷酸盐研磨混合均匀后高温锻烧，煅烧完毕后加入导电剂研磨混合制得磷酸铁锂。但是，采用固相法时，各种固体成分很难充分混合，因此得到的磷酸铁锂正极活性物质中各种成分尤其是导电剂分散不均匀，直接影响正极活性物质的导电性。

发明内容

本发明的目的是提供一种共沉淀法制备磷酸铁锂材料的工艺，该工艺原料来源丰富、价格低廉，合成工艺简单易行。

一种共沉淀法制备磷酸铁锂材料的工艺，其特别之处在于，包括如下步骤：

(1)制备纳米级磷酸铁锂一次颗粒：

按照三种盐的摩尔比为P∶Fe∶Li=1∶0.7～1.2∶2.5～3.5的比例称取磷酸盐、铁盐、锂盐，分别加水溶解至0.5～2mol/L，然后分别在200-800r/min下搅拌0.5-2h，搅拌后溶解至得到澄清溶液；

然后将三种溶液混合，再调节PH值使混合溶液的PH范围为6.5～8.6，温度保持在120～180C，加入反应容器中密闭并通氮气气氛，氮气出口保持分压0.02～0.08Mpa，以防止二价铁氧化，并加入铁盐质量比为3％的抗坏血酸，再经过1-5小时的加热，温度控制在80-120C，直至形成墨绿色沉淀，经过分液漏斗过滤，然后将沉淀与5-10倍重量去离子水混合，再经过分液漏斗过滤分离，得到磷酸铁锂前驱体纳米颗粒；

(2)烘干和碳包覆：

将得到的磷酸铁锂前驱体纳米颗粒放入烘箱，保持70～80℃进行烘干，烘干时间24～48小时；