[发明专利]一种磷酸铁锂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂的制备方法、由该方法制备得到的磷酸铁锂以及所述磷酸铁锂作为正极活性材料的应用。

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等材料各自的优点，如不含贵重金属、原料廉价、资源丰富、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等，可以作为真正的绿色能源。

传统的水热法合成磷酸铁锂一般为一次成型造粒，即，合成的前驱体只需经过高压反应釜一次升温反应合成，在升温过程中不会再引入其它变量来改变其物化性质。然而，虽然采用该方法的过程简单，但是由于水热法合成磷酸铁锂的实质是在常温下难溶的前驱体在高温下会发生部分溶解、完全溶解或原位结晶从而形成新的物相，前驱体在升温的过程中自身也会发生物相转变、物相溶解以及物相成核，因此对前驱体的物化性质要求比较高。倘若前驱体物相太稳定或在高温下不易转化为磷酸铁锂，其形成条件将会更加苛刻，这样甚者使部分前驱体无法转化为磷酸铁锂，也不仅会使得磷酸铁锂的材料的转化率降低，而且非完全转化的磷酸铁锂相也会增多，从而导致电化学性能如容量、压实密度、循环性能等都将受到较大影响。

同时，传统的水热法合成磷酸铁锂的方法一般有两种。一种为常温下先制备磷酸锂，然后再加入硫酸亚铁溶液，接着升高温度至合成温度并反应，然后再将反应产物降温、洗涤、过滤即可得到磷酸铁锂。在该条件下合成的磷酸铁锂的粒径较小，主要集中在亚微米，且在4MPa的压力下，该磷酸铁锂的压实密度基本维持在1.9-2.0g/cc之间，但是这样得到的磷酸铁锂的电化学性能较差。另一种为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合成温度并反应，然后再将反应产物降温、洗涤、过滤即可得到磷酸铁锂。在该条件下合成的磷酸铁锂的粒径较大，基本大于3um，且在4MPa的压力下，该磷酸铁锂的压实密度基本维持在2.0-2.1g/cc之间。此外，现有的水热法制备磷酸铁锂所采用的pH值均为单一的pH值。采用现有水热法制备得到的磷酸铁锂的充电容量基本维持在155-160mAh/g，放电容量基本维持在153-158mAh/g。

发明内容

本发明的目的是解决了采用现有的方法不能同时获得粒径小且电化学性能优异的磷酸铁锂的缺陷，而提供一种新的磷酸铁锂的制备方法、由该方法制备得到的磷酸铁锂以及所述磷酸铁锂作为正极活性材料的应用。采用该方法能够获得粒径小且电化学性能优异的磷酸铁锂。

本发明提供了一种磷酸铁锂的制备方法，该方法包括将水溶性二价铁源、水溶性磷源以及水溶性锂源接触并反应，所述水溶性磷源为磷酸和/或水溶性磷酸盐，其中，所述反应的方式包括将接触产物的pH值调节至碱性，并将碱性产物快速升温至80-240℃进行第一反应，然后将所述第一反应的产物降至20-50℃并将其pH值调节至酸性，再将酸性产物快速升温至80-240℃进行第二反应；所述快速升温是指升温速率不低于10℃/s。

本发明还提供了由上述方法制备得到的磷酸铁锂。

此外，本发明还提供了所述磷酸铁锂作为正极活性材料的应用。