[发明专利]一种具有高压实密度高容量磷酸铁锂的制备方法

说明书

本发明提供一种磷酸铁锂的制备方法，该方法通过使用助熔剂制备大单晶磷酸铁，从而提升磷酸铁锂压实密度，通过在磷酸铁阶段对磷酸铁进行掺杂，从而提升使用磷酸铁锂容量，该方法解决了传统方法中存在的弊端，在提升磷酸铁锂压实密度的同时提升了其电容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体提供一种磷酸铁锂正极材料通过压实、烧结生产高压实密度高容量磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

随着科技的进步和经济的发展，锂离子电池应用越来越广泛。以磷酸铁锂材料制备的锂离子电池具有极高的安全性、长循环寿命、高可靠性以及低成本性，已成为我国汽车动力电池以及储能电池的主流。目前商业化的磷酸铁锂材料普遍存在压实密度低(2.3g/cm³左右)，直接导致了制备的磷酸铁锂电池能量密度偏低，因此磷酸铁锂的压实密度制约了其在动力与储能电池领域的更大发展。如果能大幅度提高磷酸铁锂材料的压实密度，磷酸铁锂电池的比能量就可能大幅度提高。目前市面上的磷酸铁锂往往是通过增大磷酸铁锂一次颗粒粒径大小提升压实，但是一次颗粒增大导致电性能下降，因此最终还是无法将磷酸铁锂的电池能量密度提升。从目前看来，提升磷酸铁锂一次颗粒大小往往是在磷酸铁锂合成阶段通过提升烧结温度或者调整配比等方法。但由于在磷酸铁锂合成过程中加入了有机或者无机碳源，因烧结过程中碳的阻隔形成的空间位阻，磷酸铁锂一次颗粒在这个合成过程中难以有效的长大，存在难以大幅度提高磷酸铁锂材料的压实密度等技术问题，同时传统的一味地以提升一次颗粒大小提升压实密度方法，最终由于一次颗粒过大阻碍了锂离子脱嵌影响了材料的电性能发挥，导致电性能下降。

发明内容

本发明通过在磷酸铁合成阶段将磷酸铁制备成大单晶磷酸铁，同时在磷酸铁合成阶段将掺杂剂提前掺杂在磷酸铁中，这不仅可以兼顾磷酸铁锂的压实同时还能确保电性能不受影响，最终可使磷酸铁锂的电池能量密度提升。

具体地，本发明提供一种磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二价铁源、掺杂剂与水配制成掺杂型二价铁源溶液，将磷源与水配制成磷源溶液；

(2)将掺杂型二价铁源溶液、磷源溶液、氧化剂和沉淀剂混合反应，反应结束后，将混合物熟化，得到掺杂型二水磷酸铁料浆，过滤，洗涤，干燥，得到掺杂型二水磷酸铁粉末；

(3)将步骤(2)得到的掺杂型二水磷酸铁粉末与助熔剂充分混合后，高温脱除结晶水，得到大单晶掺杂型无水磷酸铁；

(4)将步骤(3)得到的大单晶掺杂型无水磷酸铁、碳源与锂盐配制成水溶液，砂磨后，得到前驱体浆料；

(5)步骤(4)得到的前驱体浆料经干燥、造粒、烧结后，得到磷酸铁锂。

其中，步骤(1)中二价铁源为硫酸亚铁，掺杂型二价铁源溶液中铁的含量为4.5～7％。

其中，步骤(1)中掺杂剂为硫酸钛、硫酸镁、偏钒酸铵、硫酸锰或草酸铌，其中掺杂剂中的掺杂元素钛(Ti)、镁(Mg)、钒(V)、锰(Mn)或铌(Nb)在二价铁源溶液中的含量为0.005～0.01％。

本发明步骤(1)中掺杂剂为硫酸钛、硫酸镁、偏钒酸铵、硫酸锰或草酸铌中任意一种，或掺杂剂为硫酸钛、硫酸镁、偏钒酸铵、硫酸锰和草酸铌中两种或两种以上的组合。

其中，步骤(1)中磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸，磷源溶液中含磷量为3～6％。

本发明步骤(1)中磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸中的任意一种，或为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的两种或两种以上的组合。

其中，步骤(2)中氧化剂为双氧水或过氧乙酸，沉淀剂为氨水、氢氧化钠或尿素。

本发明步骤(2)中氧化剂为双氧水或过氧乙酸中的任意一种，或为双氧水和过氧乙酸的组合。