[發明專利]一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法

無效

• 申請號: 200810041501.9
• 申請日: 2008-08-07
• 公開（公告）號: CN101645504A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 趙兵;蔣永;莊華
• 申請（專利權）人: 趙兵
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/48;H01M4/04;C01B25/45
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙志遠

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料，尤其涉及一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術

自從Padhi等報道了磷酸鉄鋰(LiFePO₄)可作為鋰離子電池正極材料后，由于這種新型材料具有理論比容量高(170mAh/g)、電壓適中(3.4V)、環境友好、安全性能好、價格低廉等優點，該材料已成為新一代正極材料的有力競爭者和國際上研究的熱點。然而，由于純相磷酸鐵鋰導電率低和鋰離子遷移速率低等缺點阻礙了它的發展和大規模應用。LiFePO₄產業化必須具備以下三點：(1)開發低成本、適合于規模化生產的制備方法；(2)大幅度提高LiFePO₄的導電性；(3)有效地控制LiFePO₄的粒徑分布和產物形貌，提高其振實密度，從而提高材料的體積能量密度。目前針對其缺點常常在合成過程中通過摻碳或摻雜金屬離子來增強材料的導電性；還有的就是通過控制合成工藝，得到較小粒徑而且分布均勻的顆粒材料，縮短鋰離子的擴散路徑，從而提高材料的大倍率充放電性能。

目前，常用的合成方法中，固相法是比較成熟的技術。但現有固相法合成溫度高，能耗大，產品無規則形貌，粒徑分布廣，振實密度低，工藝步驟操作繁瑣，原料成本高，難以實現產業化。其他合成方法雖然可以得到顆粒小且均勻分布的顆粒，但由于對設備要求高，產量低，步驟控制困難，難以大規模地生產。如何通過改進生產工藝，優化合成路線，降低成本，并且得到性能優良的鋰離子正極材料將是一個研究的必然趨勢。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種工藝合理、操作簡單、適合工業化生產的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，該方法采用在液相條件下合成反應前驅體，再進行高溫煅燒制備鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰，包括以下步驟：

(1)前驅體制備：按照鋰、鐵、磷和摻雜金屬元素的化學計量比為(0.9～1.2)∶1∶1∶(0～0.1)的比例稱取鋰源、鐵源、磷源化合物和摻雜金屬元素化合物，將鋰源化合物、磷源化合物和摻雜金屬元素化合物溶于去離子水中，然后調節pH＝2～4，充分反應后，加入導電有機物前驅體，完全溶解，加入鐵源化合物，攪拌混合均勻，干燥后得到含有鋰、鐵、磷和摻雜金屬元素的前驅體混合物；

(2)煅燒處理：將得到的前驅體混合物轉入管式爐中，在惰性氣氛下以1～30℃/min升溫速率加熱，在500～900℃恒溫煅燒5～48h，自然冷卻后得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。

所述的步驟(1)中在調節pH＝2～4，充分反應后，加入導電有機物前驅體，完全溶解，干燥后加入鐵源化合物，攪拌混合均勻，得到含有鋰、鐵、磷和摻雜金屬元素的前驅體混合物。

所述的步驟(1)和步驟(2)之間還可經預處理，該預處理具體為：將步驟(1)得到的前驅體混合物在惰性氣氛下200～450℃低溫預燒4～15h，自然冷卻后球磨2～8h。

所述的步驟(1)得到的前驅體混合物還可經球磨1～10h后再進行后續步驟。

所述的步驟(1)中的鋰源和磷源化合物包括鋰、磷元素共存的化合物。

所述的步驟(1)中的鋰源化合物選自碳酸鋰、草酸鋰、氫氧化鋰、磷酸鋰、醋酸鋰、硫酸鋰、硝酸鋰中的一種；所述的步驟(1)中的磷源化合物選自磷酸、磷酸鋰、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨中的一種。

所述的步驟(1)中的鐵源化合物選自草酸亞鐵、醋酸亞鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、氧化亞鐵、三氧化二鐵中的一種；所述的步驟(1)中的摻雜金屬元素化合物選自二氧化鈦、氧化鋁、乙酸鋁、氫氧化鎂、碳酸鎂、乙酸鎂、乙酸鎳、二氧化鋯、碳酸鋯、乙酸鋯、氧化鈮、氧化鈷、碳酸錳、氧化錳、硝酸鎳中的一種。

所述的步驟(1)中的去離子水的用量為鋰源、鐵源和磷源三種化合物總質量的1～6倍；所述的步驟(1)中調節pH值所用的試劑選自草酸、醋酸、碳酸銨、碳酸氫銨、氨水、尿素中的一種或幾種。

所述的步驟(1)中的導電有機物前驅體選自葡萄糖、環氧樹脂、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、蔗糖、聚乙烯醇、聚丙烯、碳凝膠、碳納米管、檸檬酸、酚醛樹脂中的一種；所述的步驟(1)中按照終產物中理論碳含量為1wt％～15wt％加入導電有機物前驅體。

所述的步驟(2)和預處理中的惰性氣體選自氮氣、氬氣、氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔中的一種或幾種。

本發明具有以下特點：