[发明专利]一种分步掺杂金属离子及碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法

权利要求书

1.一种分步掺杂金属离子及碳包覆磷酸铁锂正极材料，其特征在于：其制备中，第一次烧结前驱体不加入碳源，第二次烧结时再加入碳源，且二次烧结温度比碳源分解温度高350～650℃；正极材料的比表面积为9.0～14.0m²/g，优选为10-13m²/g；中值粒径为0.75～3.5μm，优选为1.1～2.1μm；粉体压实密度为2.32～2.4g/cm³，优选为2.33～2.38g/cm³；pH为8.5～9.5，优选为8.75～9.05；正极材料的碳含量质量占比为1.3～1.6％，优选为1.4～1.5％；正极材料中掺杂金属质量占比为0.2～0.4。

2.一种分步掺杂金属离子及碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)称取铁源、磷源、锂源、掺杂金属源，混合研磨、干燥制成前驱体，再将前驱体放入窑炉进行第一次烧结，制得第一前驱体；

2)将步骤1)制得的第一前驱体与碳源进行均匀混合后，再进行第二次烧结，制得第二前驱体；

3)将第二前驱体通过气流粉碎、除去磁性物质，制备得到正极材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述铁源为草酸亚铁、铁红、磷酸铁中的一种或两种以上；所述磷源为磷酸铁、磷酸氢铵、磷酸二氢锂、磷酸中的一种或两种以上；所述锂源为磷酸二氢锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种以上。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述掺杂金属源为活性金属单质、活性类金属单质、金属氧化物、金属合金化合物中的一种或两种以上，优选为镁单质、铝单质、钛单质、钒单质、锰单质、钴单质、锌单质、稼单质、镉单质、镍单质、镓单质、钛氧化物、锡氧化物、钴氧化物、锰氧化物、镍氧化物、镧系中金属单质及其镧系中金属单质氧化物中的一种或两种以上；所述碳源为蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、柠檬酸、抗坏血酸、戊五醇、造纸黑液、导电碳液、可膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、石墨烯气凝胶或者有机物裂解碳中的一种或两种以上；烧结中使用的保护气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的一种或两种以上。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，研磨过程包括球磨和砂磨，浆料与锆球质量比例0.9～3.1，球磨锆球直径≥5.0mm，浆料固含量为40～52％，球磨机转速为520～560rpm，球磨时间为40～60min；砂磨机内锆球≥0.4mm，砂磨转速500～700rpm，砂磨时间为180～310min；干燥采用喷雾干燥，喷雾干燥喷料时泵的频率为25～45Hz，干燥温度为260～300℃，干燥塔内压力为-0.13～0.08Kpa，雾化盘转速为10000～14000rpm。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中的烧结采用高温固相法，第一前驱体恒温区烧结温度为650～850℃，保温时间为7.5～12.5h，升温速率为1.0～5.0℃/min；所述保护性气体流量为5.0～10.0Nm³/h；烧结炉的升温区、恒温区、降温区的时间分布分别为4.0～11.0h、7.5～12.5h、5～10h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中的烧结采用高温固相法，烧结恒温区的温度是550～750℃，保温时间为4.0～7.0h，升温速率为1.0～5.0℃/min；所述保护性气体流量为5.0～10.0Nm³/h；第二次烧结炉的升温区、恒温区、降温区的时间分布分别为4.0～6.0h、4.0～7.0h、4.0～6.0h。

步骤2)中，混合过程在混料机中进行，所述混料机转速为450～800r/min；混料融合时间不少于0.5h。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，粉碎设备为气流粉碎机；所述气流粉碎机粉碎压力为0.1～0.75Mpa，分级频率为50～70Hz，喂料频率为20～40Hz；除磁高斯值在8000～13000GS。