[發明專利]一種磷酸亞鐵鋰正極復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 200910043006.6
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101527354A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 彭澎
• 申請（專利權）人: 湖南升華科技有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;H01M4/62;C01B25/45
• 代理公司: 株洲市奇美專利商標事務所
• 代理人: 張繼綱

技術領域

本發明涉及一種磷酸亞鐵鋰正極復合材料的制備方法。

背景技術

鋰離子二次電池自上世紀90年代問世以來，就因其不可替代的優越性得到迅速發展。正極材料是鋰離子二次電池的主要組成部分，該材料目前主要有LiCoO₂、LiMn₂O₄及目前成為研究熱點的LiFePO₄材料。LiCoO₂由于其高溫安全性能不足和金屬鈷的稀缺性導致在大功率、大容量的動力電池應用方面受到限制；LiMn₂O₄由于其高溫循環性能和安全性能較差，在應用上亦有不足；LiFePO₄(磷酸亞鐵鋰)則因具有循環性能好、電壓平臺適中、放電穩定、比容量較高、安全且無污染等優點，成了目前最有前景的正極材料之一。在磷酸亞鐵鋰的生產上，鐵源以采用二價鐵和三價鐵居多，二價鐵源制的磷酸亞鐵鋰電化學性能好，但振實密度低，且二價鐵源如草酸亞鐵、醋酸亞鐵等的含鐵量低，原材料成本偏高；三價鐵源制得的磷酸亞鐵鋰放電容量較低，主要是鐵離子質量較大，擴散困難，使顆粒表面和內部鐵的濃度差異較大，影響其容量的發揮，但好處是振實密度較高，且材料成本比使用亞鐵鹽低一半左右。

發明內容

本發明的目的就是要采用三價鐵源化合物來制取磷酸亞鐵鋰正極復合材料，同時通過對制備步驟的改進，以克服其放電容量低等突出問題。

本發明的技術方案是-一種磷酸亞鐵鋰正極復合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法依次包含如下步驟：

①將鋰源化合物、三價鐵源化合物、磷酸鹽和摻雜金屬元素M的化合物按摩爾比Li∶Fe∶P∶M等于(0.9～1.05)∶1∶(0.95～1.05)∶(0.015～0.8)的比例進行配料，再加入理論上可得磷酸亞鐵鋰產物質量4-5％的碳黑；先將三價鐵源化合物于超細球磨機中球磨1～2小時，使其粒徑細化成100～500nm，然后加入鋰源化合物、磷酸鹽、摻雜金屬元素M的化合物及碳黑，再加入為原料總重1/1.1的丙酮分散劑球磨2～5小時；隨即將所得漿料在真空干燥機中干燥3～6小時；

②將步驟①所得的粒狀料置于用氬氣或氮氣保護的氣氛爐中、在400～600℃下燒結5～12小時，得到灰黑色的顆粒狀LiFePO₄材料；

③將步驟②得到灰黑色的顆粒狀LiFePO₄材料投入球磨機中再進行球磨破碎1小時，然后按LiFePO₄與導電劑材料質量比1∶(0.05～0.2)加入導電劑材料，再加入等同于原料總重的丙酮作為分散劑球磨2～4小時，再投入真空干燥機中干燥3～6小時，最后把干燥的粒狀料投入有氬氣或氮氣保護的氣氛爐中，在780℃下燒結12小時，再經過破碎、粉碎、分級得到磷酸亞鐵鋰正極復合材料。

具體實施中，所述的鋰源化合物是碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰中的一種或幾種的混合物；所述的三價鐵源化合物是三氧化二鐵、磷酸鐵中的一種或幾種的混合物；所述的磷酸鹽化合物是磷酸鐵、磷酸二氫氨、磷酸二氫鋰中的一種或兩種的混合物，而所述的摻雜金屬元素M的化合物則是鈷、錳、鈦、鎂、鈮、鋁的化合物中的一種或幾種的混合物.所述的導電劑材料是石墨、碳黑、淀粉、葡萄糖、蔗糖中的一種或幾種的混合物.

本發明的優點是：采用三價鐵源，產品的振實密度可以得到保證；在一次燒結前采用超細球磨處理，使細化的粒子可與碳均勻混合分布，可達到較佳的容量和倍率性能，同時可最大限度保證三價鐵被碳還原為二價鐵，提高容量，保證電化學性能；二次燒結處理使碳包覆更均一，顆粒倍率性也更好。

具體實施方式