[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法

说明书

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：按比例称取锂源、铁源、磷源及碳源，将各原料球磨充分混合、干燥后放入等离子体回转炉中，在惰性气氛或还原气氛下，炉内压力为6‑100Pa，在300‑600℃的温度下等离子体处理5‑60min得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂。本方法选择等离子体回转炉作为等离子体处理装置，优化了相关的工艺条件，进一步降低了磷酸铁锂的颗粒粒径，制备的磷酸铁锂正极材料材料晶体结构发育好，晶体结构中杂质少。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

正交橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)具有以下优点：不含贵重元素，原料廉价，资源极大丰富；工作电压适中(3.4V)；平台特性好，电压极平稳(可与稳压电源媲美)；理论容量大(170mAh/g)；结构稳定，安全性能极佳(O与P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；无毒，为真正的绿色材料。目前磷酸铁锂材料主要采用高温固相法烧结工艺，温度为700-800℃，时间约10-20h，导致合成耗时耗能，且材料电化学性能不稳定，从而变相增加了该材料的生产成本。如何在兼顾材料稳定电性能的同时降低生产成本是目前很多研发者都在研究的问题。

CN101604747A公开了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，用于制备磷酸铁锂正极材料，包括配料，将配料用等离子体喷射技术喷射制成，等离子体喷射技术由等离子喷涂设备完成，等离子喷涂设备的喷射出口上连接封闭的喷射成型腔，喷射成型腔的长度为8～15米，等离子喷涂设备内腔和喷射成型腔中充有惰性气体。反应原料能够直接熔融，能够瞬间制备高度球形化、成份均匀、性能稳定的磷酸铁锂正极材料。

CN102064318A公开了一种射频等离子体增强化学气相沉积实现磷酸铁锂碳包覆的方法。它是将磷酸铁锂置于反应室中，在反应性气体中，在射频等离子体下，反应15～60min，反应室的总气压维持在8～30Pa，射频等离子体的电源输出功率为40～100W，所述的反应性气体为乙炔或体积比为1∶1的氢气与甲烷的混合气体。利用本发明生成的碳包覆膜成份均匀，厚度容易控制，并且相比与常规的化学气相沉积，具有温度低，反应时间短的优点。制备的碳包覆LiFePO₄材料晶体结构发育良好，XRD衍射测试结果中不含杂相，并且该碳包覆LiFePO₄材料比容量大，倍率性能及循环性能优异。与金属锂组成扣式模拟电池测试，0.5C和1C时，首次放电容量分别为166.0mAh·g^-1、和165mAh·g^-1，50次循环后容量保持率分别为99.5％和99.3％。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、适于工业化生产的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法。

等离子体常被称为物质存在的除固、液、气三态之外的第四态。当在反应室的两个电极之间加上电压时，由阴极发射出的电子在电磁场的作用下被加速获得能量，与反应室中气体原子或分子发生非弹性碰撞，使其分解、激发或电离，一方面产生辉光，另一方面在反应室内形成带电粒子(电子、离子、活性基团以及亚稳的原子核分子等)，利用组成等离子体的这些粒子发生反应，可以使整个体系保持在较低温度下实现材料的可控生长制备，低温条件下制备样品可以大幅减少能耗，降低成本。

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：按比例称取锂源、铁源、磷源及碳源，将各原料球磨充分混合、干燥后放入等离子体回转炉中，在惰性气氛或还原气氛下，炉内压力为6-100Pa，优选为20-50Pa，在300-600℃，优选为400-500℃的温度下等离子体处理5-60min得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂。