[发明专利]一种高压实磷酸铁锂的制备方法

说明书

本发明涉及磷酸铁锂的制备，针对现有技术中减小碳包覆量时，无法兼顾材料本身的电导率提升的问题，本发明提供一种高压实磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：(1)称取锂源加入到含有表面活性剂的无水乙醇中，搅拌至形成透明清液；(2)将磷源、铁源、掺杂金属原料按化学计量比加到上述清液中，搅拌得到溶胶，干燥后研磨得粉末；(3)煅烧粉末，煅烧分为两段，一段为300‑500℃煅烧2‑4h，二段为500‑800℃煅烧8‑24h；(4)自然冷却至室温，研磨得粉末状的磷酸铁锂。本发明提供的制备方法提升了磷酸铁锂的压实密度和电导率，进而提升了克容量发挥。

技术领域

本发明涉及磷酸铁锂的制备，尤其是涉及一种高压实磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

压实密度对电池性能有较大的影响，压实密度与比容量、效率、内阻、以及电池循环性能有密切的关系。一般来说，工艺条件一定的条件下，压实密度越大，电池的容量就能做的越高，所以压实密度也被看作提升磷酸铁锂电池能量密度的参考指标之一。

现有的磷酸铁锂的高压实材料的制备方法主要为提高材料的粒径大小，或者是减小表面的碳包覆量。不足之处在于：首先提升材料的粒径，方法一般为直接一次颗粒的提升，或者构建二次颗粒，但是因为磷酸铁锂本身的低电子电导率或者离子电导率，颗粒增大之后会导致容量发挥减少，极片电阻增大以及倍率性能变差等问题；而当减小碳包覆量时，因为同样没有兼顾材料本身的电导率的提升，所以也会导致上述的问题，另外还有的就是碳包覆量减少可能导致材料更容易团聚，从而加工性上以及一致性上会有所影响。例如申请号为CN201110009020.1的中国专利申请公开了一种高容量高压实密度磷酸铁锂材料的制备方法，该方法虽然生产成本低，所制备的极片加工性能、导电性能和电化学性能良好，但是该方法采用二次合成法制备磷酸铁锂，工艺复杂、流程长。据此需要一种理想的解决方法。

发明内容

本发明为了克服现有技术中减小碳包覆量时，无法兼顾材料本身的电导率提升的问题，通过溶胶凝胶法、元素掺杂、二段法煅烧等步骤，在减小表面活性剂的添加量以及调节掺杂元素的比例上制备复合高压实的磷酸铁锂颗粒粉体。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高压实磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取锂源加入到含有表面活性剂的无水乙醇中，搅拌至形成透明清液；

(2)将磷源、铁源、掺杂金属原料按化学计量比加到上述清液中，搅拌干燥后得到凝胶，再研磨得粉末；

(3)煅烧粉末，煅烧分为两段，一段为300-500℃煅烧2-4h，二段为500-800℃煅烧8-24h；

(4)自然冷却至室温，研磨得粉末状的磷酸铁锂。

本发明首先基于溶胶凝胶法，制备出具有良好分散性的含有掺杂元素的磷酸铁锂前驱体。通过溶胶凝胶法制备了体相掺杂与表面碳包覆的磷酸铁锂颗粒，是一种具有较为集中的粒径分布、结晶度高、无明显团聚的纳米颗粒，并且表面的无定型碳层网络与内部金属离子的掺杂畸变晶格共同重新塑造了磷酸铁锂的导电网络，明显的改善了本征电导率，可以在减小表面活性剂的添加量以及调节掺杂元素的比例上制备复合高压实的磷酸颗粒粉体。

然后通过二段法煅烧，在较小的能耗以及较高的效率下得到性能良好的粉体材料。本方法构筑了材料本体以及表面的导电网络以及材料表面的多孔结构，对于保液性与电导率的提升优势明显，并且可以通过控制煅烧温度得到不同粒径的材料。

作为优选，步骤(1)所述表面活性剂的含量为无水乙醇质量的0.1-5％，表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、羧甲基纤维素中的至少一种。

作为优选，步骤(1)所述锂源选自氢氧化锂、乙酸锂、硫酸锂、草酸锂或硝酸锂。

作为优选，步骤(2)所述磷源选自磷酸、磷酸氢二氨或磷酸二氢氨。

作为优选，步骤(2)所述铁源选自氯化铁、硫酸铁、草酸铁或乙酸铁。