[发明专利]一种高碳低倍率性能的磷酸铁锂脱碳再造方法

说明书

一种高碳低倍率性能的磷酸铁锂脱碳再造方法，包括以下步骤：将未注电解液的磷酸铁锂废极片在保护气氛下热解，热解完全的废极片振动筛分，得到磷酸铁锂废粉；将磷酸铁锂废粉和一定量的氧化锌粉末混合，并进行气流破碎，对破碎物料进行筛分，得到高碳低性能的混合磷酸铁锂废粉；将混合磷酸铁锂废粉在混合气体中进行烧结，烧结制度分为磷酸铁锂脱F温度680‑720℃，脱碳温度820‑880℃，纯化温度为740‑780℃，然后冷却到100℃以下出炉。本发明工艺简单、流程短，制备的磷酸铁锂正极材料具有一致性好、电化学性能高等特点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种高碳低倍率性能的磷酸铁锂脱碳再造方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄，简称LFP）作为锂离子电池正极材料，其理论比容量为170mAh·g-1，实际比容量超140mAh·g-1（0.2C，25℃），具有价低、热稳定好的优点，且环保、安全性高和优越的循环性能。目前，磷酸铁锂广泛应用于电动大巴、专用车、电动自行车、轮船、储能和5G基站等领域，其价格随着磷酸铁锂正极材料应用范围越来越广呈现上升趋势，但锂电池制备依然较贵，未来只有锂电池做到1WH的价格低于0.6元，才会有较强的竞争力，所以需要磷酸铁锂性能提升、价格不断下降。

目前现有采用低温锂化磷酸铁制备磷酸铁锂的技术，需要使用有机溶剂(如无水乙醇等)，且母液难于回收再利用，造成浪费。同时这些制备方法中锂化所用锂源-含锂化合物多数是简单无机物，在有机溶剂中的溶解性不高，在大批量制备时需要溶剂量大，且需要加热，能耗高、成本高。

专利CN 102104149A公开了一种锂离子电池中的磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法，该发明采用含锂、铁、磷的原料制成磷酸铁锂，再与纳米线均匀混合，通过退火制成纳米线复合磷酸铁锂正极材料，具有导电性优异，并提高了电池的可逆容量、倍率性能及循环寿命。加拿大卧龙岗大学的GuoxiuWang等人于2008年在《Journal of PowerSources》上发表的文章中通过水热法制备出未使用炭包覆的一维的磷酸铁锂纳米线，其比容量高达140mAh/g，表明磷酸铁锂形貌控制对于提升电池的性能具有积极影响；之后，研究人员又成功合成出了磷酸铁锂纳米棒、纳米片以及纳米盘等各种纳米结构。研究人员对制备的磷酸铁锂进行掺杂，以期提高其物理化学性能，如东华大学的Changhuan Zhang等人发表的题为“Effect of thermal treatment on the properties of electrospun LiFePO₄-carbonnanofiber composite cathode materials for lithium-ion batteries”文章，使用磷酸铁锂前驱体和聚丙烯腈的混合溶液做反应液，采用静电纺丝的方式制备出纳米线，然后经过两段升温，碳化后得到磷酸铁锂/C复合材料，该材料具有较好的电学性能，其在0.5C下的初始放电容量为146 .3 mAh/g，且循环100圈后仍然具有较好的稳定性，这意味着掺杂对磷酸铁锂可适当提升其电学性能。传统磷酸铁锂的固相法或液相法的制备再通过纳米线复合技术或掺杂手段，使产品的性能得到了一定程度提高，由于多次烧结，导致成本过高，且整个制备工艺复杂繁琐。

目前，磷酸铁锂正极材料合成技术有着多种工艺技术路线，已经获得了产业化的技术路线有氧化铁红路线、草酸亚铁路线、水热合成路线及正磷酸铁路线。因正磷酸铁路线制备的磷酸铁锂具有电性能良好、杂质含量低、工艺步骤相对简单等优势，逐渐成为行业统一的技术趋势。但现有技术中对磷酸铁锂回收的方法一般是先采用湿法方法制备得到锂盐和硫酸铁，再使用硫酸铁路线制备；目前株洲冶炼集团股份有限公司工业应用了磷酸铁锂废料回收是通过直接修复得到磷酸铁锂产品，本方法虽然制得了中高品质的磷酸铁锂，但制备成本与正磷酸铁路线相当，存在加工成本偏高的缺陷，因此，要克服磷酸铁锂废料回收制备磷酸铁锂正极材料的这缺陷，需从改变原辅材料、改善磷酸铁锂的制备工艺及优化技术条件出发，制备出性能优异的磷酸铁锂材料。

发明内容