[发明专利]一种掺杂型磷酸铁锂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种掺杂型磷酸铁锂及其制备方法和应用，涉及电池材料技术领域。本发明的掺杂型磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：以含铁和掺杂元素的矿石为原料，先制备两种不同掺杂比例、不同粒度的掺杂型前驱体，再通过大小颗粒和元素级配，得到压实密度和能量密度高的掺杂型磷酸铁锂。通过上述方法制得的掺杂型磷酸铁锂的颗粒分布均匀、Fe与M的化学计量比稳定，且掺杂型磷酸铁锂的兼具高压实密度和高能量密度，具有优异的导电性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其是一种掺杂型磷酸铁锂及其制备方法和应用。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)作为锂离子正极材料，具有循环寿命长、安全性好、成本低廉等优势，但同时其也存在压实密度和能量密度较低的问题，目前磷酸铁锂的能量密度已近乎接近其理论值，达到了瓶颈，导电性能提升较为困难。

LiMPO₄(M＝Mn、Co、Ni、Al或Ti)的结构与LiFePO₄类似，但其具有更高的工作电位，因而能量密度比LiFePO₄高1/4左右。由于M元素的半径与Fe元素接近，可实现任意比例的Fe/M互溶，LiFe_aM_bPO₄可以通过调整Fe：M比例，提高材料的电子导电率，结合LiFePO₄和LiMPO₄的优势，可得到能量密度高的掺杂型磷酸铁锂(LiFe_aM_bPO₄)正极材料。

目前，LiFe_aM_bPO₄主要是采用液相法和固相法制备。液相法需要用到大型耐高温、耐高压的设备，成本高、保养维修和操作难度大。而固相法制备通常采用锂源、磷源、铁源和掺杂金属化合物一起研磨混合，在高温下锻烧合成LiFe_aM_bPO₄。在固相法制备中，通过研磨混合过程掺杂金属M，存在M分布不均匀，难以达到充分掺杂的作用，对材料的能量密度改善不明显，且研磨得到的材料粒度不均，使得材料的压实密度仍较差，导致LiFe_aM_bPO₄的导电性能仍不够好。

因此，需要提供一种能量密度高、压实密度高的掺杂型磷酸铁锂。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中掺杂型磷酸铁锂的能量密度较低、压实密度较低的缺陷，提供一种掺杂型磷酸铁锂的制备方法。本发明的制备方法以含铁和掺杂元素的矿石为原料，先制备两种不同掺杂比例、不同粒度的掺杂型前驱体，再通过大小颗粒和元素级配，得到压实密度和能量密度高的掺杂型磷酸铁锂。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的掺杂型磷酸铁锂，掺杂型磷酸铁锂的颗粒分布均匀，兼具高压实密度和高能量密度的优点。

本发明的另一目的在于提供上述掺杂型磷酸铁锂作为正极材料在制备锂离子电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种掺杂型磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将含Fe和M的矿石分散至含磷酸的浸出液中，经前处理，得到金属液；所述M为Mn、Co、Ni、Al、Ti金属元素中的至少一种；

S2.将金属液与碱液混合，调节pH＝2.0～2.5，经加热反应、陈化后，进行分离，得到沉淀物和母液，所述沉淀物经烧结得到Fe_xM_1-xPO₄，x＝0.96～0.995；