[發(fā)明專利]一種正極材料磷酸鐵鋰的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910030811.5
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101519198A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發(fā)明（設計）人: 丁建民
• 申請（專利權）人: 丁建民
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種正極材料磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術

當今社會汽車尾氣的排放已成重要污染源。隨著汽車保有量的增加，汽車污染問題日益嚴重，據(jù)OICA的統(tǒng)計，汽車尾氣排放已占據(jù)全球CO2排放總量的15.9％，若汽車尾氣排放質量不能有效提高，這一數(shù)據(jù)恐將繼續(xù)變大。另外，隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，國際石油價格近幾年波動劇烈，加之未來石油資源的預期減少，石油已經(jīng)成為世界經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。出于保護環(huán)境的長遠需要，以及降低石油資源的消耗，新能源汽車成為汽車行業(yè)新的發(fā)展方向。據(jù)研究認為：中國可以通過在大力采用電動汽車技術，將汽油需求減少70％，從而減少30-40％的石油進口，并將中國的石油自給率從20％提到到將近三分之一。同時，使用動力汽車還可以帶來每年1.65億噸二氧化碳的減排潛力。

對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)，可插電式混合動力汽車或純動力汽車將成為下一階段新能源汽車的主流，動力電池是當前新能源汽車技術和成本上的最大瓶頸，人類50幾年來之二次電池產(chǎn)業(yè)，因材料不同而不斷進步，從鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池到鋰電池，而鋰電池也因正極材料之演進(負極皆為碳)而有鋰鎳、鋰鈷、鋰錳及磷酸鋰鐵(又名磷酸鐵鋰)電池(LiFePO4，簡稱鋰鐵電池)。目前汽、機車等大都使用鉛酸電池，較大品牌如YUASA、GS、統(tǒng)力、AC?Delco等，因具環(huán)保問題而必須回收，就連現(xiàn)階段太陽能電池，主要也是以鉛酸儲存太陽光能轉換之電能，至于手持式電子3C產(chǎn)品如NB、手機、數(shù)字相機、PDA等，則以鋰鈷、鋰鎳或鋰錳電池為主，因體積小所需電流也較小，但常有過熱或爆炸等安全性問題，幾年前Sony、三洋、松下等電池芯制造廠商常因電池過熱問題而召回就是例子，當然更無法使用于需要高電流之車輛上。

磷酸鐵鋰這種正極材料的這種材料具有高能量密度、高功率密度、長壽命：與車同壽命、寬工作溫度范圍、具有較高的安全性與可靠性、低成本、環(huán)保無污染等性能。由以上分析，由磷酸鋰鐵正極材料所制作的動力電池具無污染、耐高溫、高電容量等優(yōu)點，未來可望逐漸取代鉛酸、鎳鎘、鎳氫等電池，應用范圍更擴及太陽能、風力發(fā)電儲能系統(tǒng)，和汽車、機車、電動腳踏車、高爾夫球車及電動工具機上。

目前磷酸鐵鋰材料的合成方法有固相反應法、水熱合成法。CN1581537提出磷酸鐵鋰材料的機械固相合成法：將金屬鐵粉、磷酸鐵、磷酸鋰、摻雜元素磷酸鹽、導電劑或導電前軀體按比例混合均勻球磨后，通過燒結制成磷酸鐵鋰成品。該方法需要金屬鐵粉參與，容易在成品中殘留鐵質，造成性能和安全性能下降。[J]A.K.Padhi?et?al?Jourmal?of?the?electrochemical?Society，Vol144，1188-1194(1997).[J]A.Yamada?et?al?Journal?of?the?electrochemical?Society，Vol148，A960-A967(2001)US?Pat.5910382，CN1401559A)是將亞鐵鹽如草酸亞鐵，與磷酸氫銨和鋰鹽如碳酸鋰或氫氧化鋰混合，在惰性氣氛如氮氣或氬氣中，經(jīng)300～350℃和500～800℃分階段燒結合成LiFePO4。其反應式為：

Li2CO3+2Fe(CH2COO)2+2NH4H2PO4→

2LiFePO4+4NH3+CO2+5H2O+2CH3COOH

這種方法反應過程中釋放出氨氣，并且難以得到純的LiFePO4

專利WO02/083555A2中采用液相共沉淀法，在控制PH值下，從相應的鹽溶液中共沉淀出磷酸亞鐵和磷酸鐵鋰前軀體，將該前軀體在650～800℃燒結制得LiFePO4。整個過程都在氮氣保護氣氛中進行，不利于工業(yè)化。

發(fā)明內容

本發(fā)明的要解決的技術問題是提供一種正極材料磷酸鐵鋰的制備方法，本發(fā)明通過嚴格控制化學組分，球磨和噴霧干燥得到混合均勻的粉末，然后將粉末加入混煉機中進行混煉，將噴霧干燥后的顆粒碾碎，使粉末燒結前的振實密度從1.0g/cm³提高到1.5g/cm³以上，將混煉后的粉末加入一種壓片造粒機，通過控制輥輪的壓力，將粉末強制壓成密度大的片塊狀，再次提高物料的密度，并嚴格控制高溫固相反應，從而達到無雜相、結構單一、顆粒粒徑分布小的磷酸鐵鋰粉末，該方法容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。該方法克服了所制得的磷酸鐵鋰材料產(chǎn)品形態(tài)較差，電性能欠佳的缺點，并且該粉末在制作電芯時有極好的加工性能。

本發(fā)明所述的一種磷酸鐵鋰工藝如下：秤量→球磨→噴霧干燥→混煉→壓片造粒→燒結→粉碎細化→篩分→干燥包裝