[发明专利]一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法。

背景技术

橄榄石型结构的磷酸铁锂（LiFePO₄）自1997年被报道具有可逆脱嵌锂特性以来，以其安全性能好、循环性能优异、环境友好、原料来源丰富等优点而成为当前锂离子电池正极材料的研究热点之一。磷酸铁锂（LiFePO₄）其理论比容量相对较高(170 mAh/g)，能产生3.4 V ( vs.Li/Li⁺ )的电压，尤其是具有规则橄榄石型的磷酸铁锂（LiFePO₄）与及其充电态的FePO₄ 的晶胞参数，同属一种空间群，在结构上极其相似。因此，磷酸铁锂（LiFePO₄）在反复充放电过程中能够保持结构的稳定性，循环可逆性能高。在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能，因而磷酸铁锂（LiFePO₄）被认为是锂离子动力电池发展的主流正极材料。

为了改善磷酸铁锂（LiFePO₄）的实用性能,人们对其合成工艺进行了深入研究，发现LiFePO₄ 粒子半径对电极比容量有较大的影响。LiFePO₄ 粒子半径越大, Li⁺ 的固相扩散路程就越长，其脱出和嵌入就越困难，LiFePO₄的容量就越难充分发挥出来。所以，通过减小LiFePO₄颗粒的粒径可改善LiFePO₄正极材料的电化学性能。目前，磷酸铁锂（LiFePO₄）主要通过控制晶粒生长，制备出粒径均一、细小的材料，从而强化材料的离子传导性能。而磷酸铁锂的性能取决于材料的形态、颗粒的尺寸以及原子排列，因此制备方法尤为重要。

中国发明专利号 CN 102745663A公开了一种制备磷酸铁锂材料的方法，该方法包括混合、球磨、预烧、二次烧结，得到磷酸铁锂材料成品。该类方法属于固相法，一般需要粉体原料长时间的研磨混合和长时间高温烧结，不但能耗高，而且由于受反应均匀度影响，产物在组成、结构、粒度分布等方面存在较大差别，易出现Fe的杂质相。

中国发明专利号 CN10176421813B公开了一种磷酸亚铁锂锂离子电池正极材料的制备方法,该方法利用蔗糖做碳源，作为反应的还原剂，属于碳热还原法。该方法解决了在原料在高温煅烧时的氧化反应，同时改善了材料的导电性，但该类方法需要高温长时间煅烧，温度难以控制，产物均一性差，晶粒大。

中国发明专利号CN103359701A公开了一种微波合成磷酸亚铁锂电池正极材料的方法，该方法使用微波合成，将前驱体置于保护装置中在微波炉内加热5-30分钟即得磷酸亚铁锂。该方法具有加热时间短，加热速度快，热能利用率高，但无法实现连续规模化生产，同时生产过程较难控制，设备投入较大。

中国发明专利号 CN101621122公开了一种磷酸亚铁锂复合材料的制备方法，该方法采用水热合成法制备球形磷酸亚铁锂材料，通过在振荡器中不断搅拌、高压反应釜中反应、过滤、洗涤、在300～650℃下进行烧结3-8h，得到球形的磷酸亚铁锂。水热法可以在液相中制备细颗粒，具有物相均匀、粉体粒径小的优点，但水热合成法制备的产物结构中常常存在铁的错位，生成亚稳态的FePO₄，同时设备投资大，对设备耐高温高压的要求高，无法连续生产，工艺较复杂，需要过滤、洗涤、高温烧结，污染大，能耗高。

中国发明专利号 CN103359701A公开了一种磷酸铁锂的制备方法，其包括：分别提供锂源溶液、亚铁源溶液以及磷源溶液，将磷源溶液与所述亚铁源溶液进行混合形成第一溶液；在90摄氏度至180摄氏度的加热温度下，在第一溶液加入锂源溶液中形成混合液，混合液发生共沉淀反应生成磷酸铁锂。该方法可以在较低温度下合成磷酸铁锂，但需要洗涤、过滤、干燥，甚至需要高温烧结包覆碳处理，工艺较长，存在污染。