[發明專利]磷酸鐵鋰前驅體及其充電電池電極的制備方法

無效

• 申請號: 200810237321.8
• 申請日: 2008-12-31
• 公開（公告）號: CN101475156A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 劉新保;賈曉林;周永剛;蔡俊明;李恩惠
• 申請（專利權）人: 鄭州市聯合能源電子有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳大通

一、技術領域：

本發明涉及可充電電池，特別是涉及磷酸鐵鋰前驅體及其充電電池電極的制備方法。

二、背景技術：

可充電電池近年來已獲得巨大發展，特別是由于移動電話之類的電子器具的發展為電池發展提供了廣闊前景，同時對其性能也提出了越來越高的要求，要求電池比能量要大，壽命要長，成本要低，電池性能的一致性要好。

要提高充電電池性能，電極制備方法是非常關鍵的步驟。可充電電池中鋰離子電池是用得較多的品種，目前傳統的電極結構和制備方法是骨架使用鋁箔，活性物質加粘結劑調成漿，涂布在骨架上，再烘干壓制成電極。此種技術存在的問題是，漿料中不得不含有的粘結劑使活性物質的占有率降低，直接降低了電池容量，增大了電池內阻、減慢反應速度和吸收電解液的速度。此外，該方法工藝復雜，每片電極漿料涂填重量的一致性及均勻性不理想，即各片電極活性物質的量差異大，涂布均勻程度低，致使電池性能離散性大，復雜的工藝導致成本居高不下。

申請號為2005100116600的文件公開一種鋰離子電池復合正極材料及其制備方法，該方法中的復合正極材料包括鋰過渡金屬氧化物、炭納米管和粘結劑。將原料按一定的質量比進行混合，利用有機溶劑溶解后調成漿料，再將漿料涂布在鋁箔上，經過輥壓、真空干燥后得電極膜片。該方法的漿料中含有粘結劑，直接降低了電池容量、內阻較大，制得的電池性能不理想，制作工藝也較復雜。

三、發明內容：

本發明要解決的問題是克服現有技術的缺點，提供一種前軀體的制備方法；還提供一種工藝簡單、成本較低，將基礎原料一步制作成高容量電極的方法。

本發明所采用的技術方案：

本發明利用分子間的作用力，配合合適的骨架結構，可以LiFePO₄前驅體牢固附著于骨架上，再經過高溫燒結，使LiFePO₄前驅體經過反應形成LiFePO₄活性物質；同時使LiFePO₄活性物質與骨架牢固地結合在一起。

本發明的LiFePO₄前驅體的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將鋰源化合物、鐵源化合物、磷源化合物和還原劑按摩爾比1∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶1.0～1.2的比例計量，先將鋰源化合物溶于水制成溶液，依次加入還原劑、鐵源化合物、磷源化合物，經攪拌混合均勻、陳化；

(2)在非氧化氛圍下進行濃縮、干燥；

(3)將干燥產物在球磨機內研磨，然后置于坩堝中，在非氧化氛圍下經熱處理，制備出前驅體粉料。

所述步驟中還包括在加入磷源化合物后加入水溶性碳源化合物，水溶性碳源化合物和鋰源化合物的摩爾比為0.03～0.2∶1，所述水溶性碳源化合物為葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽糖。

所述步驟中還包括研磨時在球磨機內加入所述干燥產物重量2～8％的碳源化合物，所述碳源化合物為石墨、炭黑、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖、乳糖或麥芽糖。

所述步驟中還包括在加入磷源化合物后加入鈷鹽、鉻鹽或鋅鹽，鈷鹽、鉻鹽或鋅鹽和鋰源化合物的摩爾比為0.02～0.05∶1，所述鉻鹽為硝酸鉻、堿式硫酸鉻、硫酸鉻或醋酸鉻，所述鈷鹽為硝酸鈷、硫酸鈷或醋酸鈷，所述鋅鹽為硝酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅。

所述溶液濃度為1.0～12mol/L，所述非氧化氛圍是指惰性氣體氛圍或真空條件；所述陳化時間為1～4h，所述濃縮溫度為55～90℃，濃縮時間為1～5h；所述干燥溫度為55～95℃，干燥時間為6～12h；所述熱處理是在200～350℃下處理1～4小時。

所述鋰源化合物為氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰，所述鐵源化合物為硝酸鐵、硫酸鐵或磷酸鐵，所述磷源化合物為磷酸、磷酸鋰、磷酸銨或磷酸氫二銨，所述還原劑為抗壞血酸、草酸或乙醇酸，所述坩堝為氧化鋁坩堝或石墨坩堝。

利用所述的LiFePO₄前驅體制備充電電池電極的方法，所述電極包括電極骨架、活性物質，電極骨架由導電網帶構成，讓導電網帶通過盛有活性物質與導電劑混合粉料的料箱，然后導電網帶從料箱出帶口送出，再經壓輪壓制成形，然后在非氧化氛圍下燒結后制成電極，所述活性物質為LiFePO₄前驅體。

所述導電網帶為穿孔鋁箔或鋁材質的切拉網，或者導電網帶為發泡鋁或鍍鋁材質的多孔箔；導電網帶通過料箱的速度為0.2～1.5米/分鐘；所述料箱底部設有震動器，震動器使粉料箱振動的頻率為80～1000Hz，振幅為0.5～3.0mm。