[发明专利]一种高压实磷酸铁锂材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高压实磷酸铁锂材料及其制备方法。所述制备方法包括：1)将溶剂、锂源、铁源、磷源和碳源混合并破碎，控制浆料粒径D50为0.6～1.1μm，将浆料干燥得到前驱体A；2)将溶剂、锂源、铁源、磷源和碳源混合并破碎，控制浆料粒径D50为0.1～0.4μm，将浆料干燥得到前驱体B；3)将前驱体A和前驱体B混合后，得到混合前驱体C；4)在保护性气氛下对混合前驱体C进行烧结，得到所述磷酸铁锂材料。所述制备方法可以提升磷酸铁锂材料的压实密度，还能够得到兼顾其它性能的磷酸铁锂电池材料。所述磷酸铁锂材料的压实密度在2.45g/cm³以上，1C的克容量在146mAh/g以上。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种磷酸铁锂材料，尤其涉及一种高压实磷酸铁锂材料及其制备方法。

背景技术

近十几年来，化学电源行业在国内外呈现加速发展，随着技术发展，全球对各种电池的需求十分庞大，常用的二次充电电池主要有四种：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池。锂离子电池因其具有能量密度大、质轻体小、无记忆效应、循环寿命长、环境友好等的优点而得到广泛认可，自商业化以来已在手提电脑、相机、移动通讯、电动汽车等多领域得到普遍应用。我国的锂离子电池研究开发项目一直是863计划的重点项目，大部分材料实现了国产化，国内已自建和引进多条生产线，配套材料厂也有很多个，均已形成大规模生产，市场竞争激烈。锂离子电池的开发、生产和销售，顺应国际发展趋势，完全符合我国能源技术创新发展的政策，并受到国家政策的支持与保护，市场前景十分广阔。

在锂离子电池中，正极材料中已市场化的产品有锰酸锂、钴酸锂、三元材料和磷酸铁锂等。磷酸铁锂材料由于其价格低廉、无毒性、不造成环境污染、安全性能好、寿命长等优点，非常适合在电动汽车领域中应用，拥有巨大市场机会；但是磷酸铁锂材料缺点是堆积密度、振实密度低，理论的真密度与三元材料、钴酸锂等材料相比也比较低，仅3.6g/cm³，从而电池极片压实密度也会受到相应限制，故其在小型电池上没有优势。压实密度与片比容量、内阻、效率、循环性能有密切关系，一般来说，压实密度越大，电池的容量就可以做的越高，所以压实密度也是材料能量密度的参考指标。且国家对新能源汽车的补贴政策逐年调整，2018年新政策中对电池能量密度的补贴系数进行划分，提供不同补贴数额，这就促使材料厂开发新方法来提高材料的压实密度、放电容量，从而满足动力电池厂对能量密度的需求。

目前市场上磷酸铁锂的可用压实密度普遍在2.1～2.2g/cm³，少数可达到2.3～2.35g/cm³，克容量在137～140mAh/g之间，不能够满足动力电池厂对能量密度提升的需求，故提高磷酸铁锂压实密度与容量是该材料发展的必然之路。做粉体关注振实密度，做电芯关注压实密度，虽压实密度与振实密度表征的物质状态不太一样、测量方法不同，但是压实密度也受粉体材料的颗粒形貌、粒径及其分布的影响。

如CN108011104A公开了一种高压实密度磷酸铁锂正极材料的制备方法。其技术要点在于：使用大小两种颗粒浆料，在研磨阶段通过将大颗粒浆料和小颗粒浆料按照一定配比进行混合，然后分别经干燥处理和热处理制得高压实密度磷酸铁锂。该方法在制备工艺上较简单，旨在一次颗粒上进行粒径分布改善，从而提高压实。但是单一浆料中其固体颗粒粒径呈一定的正态分布，两种浆料混合后粒径分布也呈现正态分布，分布宽度增大，大小颗粒填充效果有限，故压实密度提升也有限。

CN107256968A公开了一种高压实密度磷酸铁锂及其制备方法。该方案通过使用大颗粒和小颗粒混杂的磷酸铁原料，与锂源混合，经一步研磨得到以磷酸铁为骨架的磷酸铁锂前驱体，再焙烧即可得到高压实密度磷酸铁锂。但是该方案同样大小颗粒填充效果有限，故压实密度提升也有限。