[发明专利]一种正极材料磷酸铁锂的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：(1)将锂源、铁源和磷酸水溶液混合后形成混合液，混合液在搅拌下制得溶胶；(2)在加热搅拌下，溶胶挥发溶剂至完全后得到湿凝胶，将湿凝胶进行真空干燥，得到干凝胶；(3)将干凝胶研磨后得到粉状前驱体，并将其置于还原性气氛中进行热处理，得到磷酸铁锂。本发明还提供了一种锂离子电池，锂离子电池包括正极片、负极片、电解液和隔膜；其中，正极片包含上述制备方法制得的正极材料磷酸铁锂。本发明的方法降低了磷酸铁锂工业制备成本，制得的磷酸铁锂具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的技术领域，特别涉及一种采用粉煤灰制备磷酸铁锂正极材料的制备方法及其应用。

背景技术

目前，新能源电动汽车是国家重点发展方向，动力电池是其主要部件。锂离子电池行业呈现稳步快速增长态势，其正极材料也将迎来前所未有的发展机遇。磷酸铁锂具有充放电电压平台平稳、循环寿命长、价格低廉、环境友好等优点，被认为是最具潜力的锂离子动力电池用正极材料之一。正极材料约占整个单体电池成本的30％，降低磷酸铁锂等正极材料的成本是发展电动汽车产业的关键。

当前，工业制备磷酸铁锂多采用磷酸铁、碳酸锂等为生产原材料。以磷酸铁为铁源制备的磷酸铁锂虽然其电性能优异，但是原料的价格高昂。为获得优质的磷酸铁锂，工业上对电池用磷酸铁的质量提出了较高要求。目前，工业上主要以分析纯级的铁盐及磷酸或磷酸盐为原料来制备电池级磷酸铁。随着全球锂、磷矿资源的日益减少，通过纯物质来制备磷酸铁会面临原料枯竭及成本上涨等问题。

近年来，电力行业迅猛发展的同时也带来了粉煤灰排放量的急剧增加，使其成为我国当前排量最大的工业废渣之一。在粉煤灰中，锂元素、铁元素的含量分别达到290克/吨、17千克/吨，为生产高附加值磷酸铁锂材料打下基础。

因此，如何将工业废渣粉煤灰的综合化利用与制备锂离子电池材料相结合，对实现高附加值产品的开发，降低电池材料开发成本具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种以“一步酸溶法”处理后的粉煤灰为原料，利用溶胶凝胶法制备磷酸铁锂正极材料的制备方法及其应用，降低了磷酸铁锂工业制备成本，生产的磷酸铁锂具有良好的电化学性能。

为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明第一方面提供了一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锂源、铁源和磷酸水溶液混合后形成混合液，所述混合液在搅拌下制得溶胶；

(2)在加热搅拌下，所述溶胶挥发溶剂至完全后得到湿凝胶，将所得湿凝胶进行真空干燥，得到干凝胶；

(3)将所述干凝胶研磨后得到粉状前驱体，并将所得粉状前驱体置于还原性气氛中进行热处理，得到磷酸铁锂。

在本发明制备方法的具体实施方式中，步骤(1)所述锂源中锂元素、所述铁源中铁元素与所述磷酸水溶液中磷元素按照摩尔比为1:(0.9～1.05):(0.9～1.05)进行混合；在一些优选的实施方式中，锂源中锂元素、铁源中铁元素与磷酸水溶液中磷元素按照摩尔比为1:(0.95～1):(0.95～1)，在一些更优选的实施方式中，上述摩尔比为1:1:1。

在本发明的具体实施方式中，步骤(2)中溶胶在15～60℃下搅拌，在此搅拌过程中混合液的溶剂慢慢挥发至完全，以得到含水量为10％～40％的湿凝胶，呈半干状态；若湿凝胶的含水量过大，容易导致凝胶中混合物料混合不均匀，并且含水量过大也容易导致后续热处理时升温速度过快，不利于温度的控制。

在一些具体的实施方式中，将所得的湿凝胶在40～100℃下进行真空干燥4～20小时，以脱除凝胶中的溶剂得到干凝胶；上述真空干燥过程一般在真空烘箱中进行。