[发明专利]一种高振实低比表面积正极材料磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，尤其是涉及一种高振实低比表面积正极材料磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

正交晶系橄榄石型的磷酸铁锂由于具有良好的安全性能、优异的循环性能和环境友好等优点，并且原材料丰富、比容量高，逐渐成为最用潜力的锂离子动力电池材料，引起学术界和产业界的广泛关注。大型化锂离子电池的应用正极材料是锂离子电池技术的核心和关键，而LiFePO₄因其具有安全性能突出，价格低廉、绿色环保、循环性能优越等优点，成为目前最具发展前景的锂离子正极材料。美国Valence公司2003年开始LiFePO₄的产业化，并和中国的部分锂离子电池厂家进行合作。A123公司通过纳米技术和掺杂金属离子技术实现LiFePO₄材料的产业化，并积极与国内有实力的电池公司进行合作。加拿大的Phostech公司采用碳元素包覆技术结合离子掺杂进行生产，已进入中国国内市场。台湾Aleees以与金属氧化物共晶的磷酸铁锂晶核技术提高产品的稳定性。台湾长圆能源生产高碳磷酸铁理，加工性能优越。而国内天津斯特兰、北大先行、深圳贝特瑞、BYD、深圳德方纳米、烟台卓能等多家企业进入工业化批量生产并向市场稳定供货。但是磷酸铁锂正极材料也存在离子传导率和电子电导率偏低、振实密度低、低温性能差等问题，成为制约磷酸铁锂电池应用的关键因素。

为了提高了磷酸铁锂的电化学性能，在制备磷酸铁锂材料时采用了高导电碳包覆技术，这种技术带来了其它一些问题，如能量密度的降低、电极加工性能不良等问题，材料方面具体表现为振实密度低，比表面积高等特点。采用这种材料制作正极片时，会出现以下三个问题：（1）正极材料吸液量大，固含量低，需要更多的溶剂，增加了电池制作成本，（2）浆料粘度高，涂覆到铝箔片上后，出现表面不均匀、易掉料等现象，（3）压实密度偏低，影响电池的能量密度。

中国专利CN102299336A公开一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：1)制备纳米级磷酸铁锂一次颗粒：按照P∶Fe∶Li＝1∶1∶3的摩尔比称取磷酸盐、铁盐、锂盐，采用共沉淀法，制备纳米级磷酸铁锂一次颗粒；2)烘干和碳包覆：将步骤1)制备的磷酸铁锂一次颗粒烘干后加入石墨烯粉末，球磨得二次颗粒；3)磷酸铁锂前驱体烧结：将步骤2)球磨所得二次颗粒焙烧得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂。本发明中加入石墨烯进行碳包覆，能够大大提高磷酸铁锂材料的电导率，易于电子在材料颗粒表面的进出；在材料表面形成极薄的包覆层，大大提高材料堆积密度，使磷酸铁锂颗粒能够更有序的堆积，大大提高Li+和电子的进出能力。

中国专利CN101794879A公开一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，将铁盐、锂盐掺杂元素化合物以及导电剂或导电剂前驱体按一定比例均匀混合，传统固相法制备磷酸铁锂粗产品，再通过粗产品的酸溶细化-再合成工艺，将第一步生成的磷酸铁锂颗粒溶解细化，在二次合成中获得颗粒细小，性能优良的磷酸铁锂。本发明磷酸铁锂的制备工艺，简单易行，获得的磷酸铁锂材料比容量高，循环性能优良，适合工大规模生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中制备的碳包覆磷酸铁锂正极材料振实密度低比表面积高导致加工性能不良的问题，提供一种能明显改善磷酸铁锂正极材料加工性能，但其它的电化学性能不受影响的高振实低比表面积正极材料磷酸铁锂的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将锂源化合物、铁源化合物、磷源化合物按化学计量比例混合，并按固含量为70%～85%加水湿法混合，并加入掺杂金属离子氧化物、一次碳源和分散剂，混合均匀，球磨处理后喷雾造粒，得到干燥粉体；

2）将步骤1）得到的干燥粉体在惰性气氛中预处理，冷却后按固含量为70%~85%加水，同时加入二次碳源和分散剂，搅拌均匀，球磨处理后，喷雾造粒得到干燥粉体；

3）将步骤2）得到干燥粉体在惰性气氛中经过第1次热处理，再进行高温热处理，然后经过气流分级，即可得到高振实低比表面积正极材料磷酸铁锂。