[发明专利]一种高振实密度LiFePO4的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种高振实密度LiFePO₄的制备方法。

 

背景技术

在商业化的锂离子电池正极材料中，由于磷酸铁锂（LiFePO₄）具有较好的循环稳定性、安全性以及对环境友好等优点而受到广泛关注。但是，LiFePO₄的电子电导率低，导致高倍率性能很差，这严重影响了其应用于电动汽车等需要大电流充放电的领域。

目前，为提高磷酸铁锂电子导电率最常用的一种方法便是对磷酸铁锂颗粒表面进行碳包覆，该方法的主要是通过在前驱物中加入碳源，经过适当温度和时间的煅烧，碳源在高温下分解碳化，包覆在生成的磷酸铁锂表面。

例如，中国专利授权公告号：CN101279728B，授权公告日2010年9月28日，公开了一种三步高温固相煅烧制备磷酸铁锂正极材料的方法，该制备方法过程是：将锂盐,FE²⁺的化合物，磷酸盐和碳源按一定比例混合，经研磨、造粒，将制得的颗粒转移至回转烧结炉中，在氮气保护气氛下升温至300-500℃预分解3-10小时，再升温至650-850℃，保温6-15小时后随炉温降至室温，所得材料再加入不同量的碳源球磨后，再升温至650-850℃，保温6-15小时后随炉温降至室温,球磨后得到磷酸铁锂正极材料。该方法通过在磷酸铁锂颗粒表面进行碳包覆以提高其电导率，碳包覆虽然能在一定程度上提高磷酸铁锂的高倍率性能，但是碳包覆会明显降低磷酸铁锂材料的振实密度（一般的振实密度低于1.0 g/cm³），从而对体积能量密度产生不利影响，另外，在碳包覆过程中，磷酸铁锂上的碳层厚度及颗粒大小不易控制，导致得到的磷酸铁锂粒径不均匀，也会影响磷酸铁锂的电化学性能。

 

发明内容

本发明是为了解决现有技术的磷酸铁锂电子电导率低的问题，提供了一种高振实密度LiFePO₄的制备方法，该制备方法工艺步骤简单，成本低，通过该方法制得的LiFePO₄颗粒尺寸均匀，具有优良的倍率性能及较高的振实密度。

 

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高振实密度LiFePO₄的制备方法，包括以下步骤：

（1）将锂盐、铁盐、磷酸盐按元素摩尔比Li：Fe：P=0.8~2.0：1：1称重后混合均匀，分散于溶剂中后在真空条件下进行一次球磨。在真空条件下以防止球磨过程中某些组分发生氧化，而且在真空条件下球磨，物料混合更为均匀。

（2）将一次球磨后得到的物料在惰性气氛下进行低温预煅烧。

（3）对预煅烧后的物料进行二次球磨。一次球磨往往无法实现原料混合的完全均匀，这会使得生成的磷酸铁锂中包含有较多的杂质相，因此本发明采用对均匀混合后的原料进行球磨以及对预煅烧后的物料再次球磨的方式，使合成磷酸铁锂的各组分的混合达到尽可能的均匀，减少杂质相的产生。

（4）将二次球磨后的物料置于弱还原性气氛下直接进行高温煅烧后，快速冷却。常规的高温煅烧是将物料置于炉内从室温下开始加热，而常规的煅烧后的冷却方式是将煅烧后的物料留在炉内自然冷却至室温，以这样方式得到的磷酸铁锂电化学性能较差，而本发明中采用进行高温煅烧，也就是先将炉内的温度升至所需要的煅烧温度，再将物料置于炉内进行煅烧，快速冷却则是将煅烧后的物料从炉内直接取出后置于某一恒温环境下冷却，而不是留在炉内自然冷却，发明人发现，直接煅烧和快速冷却能使磷酸铁锂充分分散，能得到更为细小、均匀的产物颗粒，使锂离子在相本体中的扩散时间较短，得到的磷酸铁锂具有更为优异的电化学性能。

（5）将所得产物经研磨、过筛后得LiFePO₄。

作为优选，步骤（1）中所述锂盐为乙酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的一种或多种。

作为优选，步骤（1）中所述铁盐为草酸亚铁和/或乙酸亚铁。

作为优选，步骤（1）中所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种或多种。

作为优选，步骤（1）中所述溶剂为乙醇、丙酮、乙二醇、丙三醇或水。

作为优选，步骤（1）中一次球磨的工艺条件为：球磨转速200~400r/h，球磨时间3~5h。

作为优选，步骤（2）中所述惰性气氛为Ar氛围，低温预煅烧的工艺条件为：煅烧温度300~350℃，煅烧时间10~15h。