[發(fā)明專利]超細、高分散性磷酸鐵鋰的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010172551.8
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101826618A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴晞
• 申請（專利權(quán)）人: 成都聯(lián)禾化工醫(yī)藥有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材料的制備方法，公開了一種用于磷酸鐵鋰動力電池正極材料制備的新方法，屬 于電池材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，鋰離子電池作為一種性能優(yōu)異的二次綠色電源，在各種移動工具中得到了越來越廣泛的應(yīng) 用。2009年底哥本哈根世界氣候大會的召開，更加要求世界對環(huán)境保護的意識逐日增強。從而使得 當(dāng)前主要應(yīng)用于電動車上的鉛酸電池的生產(chǎn)得到了更加嚴格的控制，而以高能二次鋰離子電池為能源 驅(qū)動的電動汽車和以燃油和鋰離子電池為動力的混合電動汽車越來越受到國家和各大型企業(yè)的重視。

鋰離子電池作為最新一代二次電池，自1990年問世以來發(fā)展十分迅速，短短幾年內(nèi)，在各種不 同領(lǐng)域不斷取代鉛酸電池、鎳福電池及氫鎳電池。據(jù)統(tǒng)計，2003年世界鋰離子電池產(chǎn)量為12.55億 只，2007年鋰離子電池產(chǎn)量達到26億只。

鋰離子電池的快速發(fā)展，依賴于新型能源材料開發(fā)及綜合技術(shù)的進步。正極材料是鋰離子電池發(fā) 展的關(guān)鍵。目前廣泛應(yīng)用于小型鋰離子電池正極材料是鈷酸鋰(LiCoO₂)，但由于鈷酸鋰中的鈷在 自然界中的儲量小，價格比較昂貴，有一定的毒性，而且在充電的過程中，鈷酸理由于金屬鋰的脫嵌 變成CoO₂，Co⁴⁺氧化性極強，容易引起燃燒、爆炸等安全事故。所以對發(fā)展大功率，大容量，需要 多個單體電池串并聯(lián)的動力電池來說，采用鈷酸鋰存在巨大的安全隱患。曾經(jīng)被寄予希望的鎳酸鋰和 錳酸鋰至今未有較大突破，LiNiO₂雖然具有較高的容量，但在制備上存在較大困難，難以合成純相 的物質(zhì)，而且也存在一定的安全問題。LiMn₂O₄雖然價格便宜，安全性能好，但是其理論容量不高， 循環(huán)壽命、熱穩(wěn)定性和高溫性能較差。所以這些材料至今為止仍難以替代鈷酸鋰。

1997年，A.K.Padhi等首次報道了磷酸鐵鋰(LiFePO₄)能可逆的嵌入和脫嵌鋰離子，可充 當(dāng)鋰離子電池正極材料。磷酸鐵鋰(LiFePO₄)以比容量高(約170mAh/g)、無毒、熱穩(wěn)定性好、 安全性極佳、高溫性能和循環(huán)性能好等諸多優(yōu)點，使其作為鋰離子動力電池正極材料的首選材料，成 為當(dāng)前研究的熱點而倍受關(guān)注。

但由于磷酸鐵鋰電導(dǎo)率低，鋰離子在晶格中擴散困難，導(dǎo)致活性材料的利用率較低，因此高倍率 充放電性能差，阻礙了材料的實際應(yīng)用。為提高磷酸鐵鋰的導(dǎo)電率，改善磷酸鐵鋰高倍率充放電性能， 目前一般采取對磷酸鐵鋰進行摻雜處理的方法，如專利號為CN100340475C的專利采用鋅摻雜處理， 專利號為CN100355122C的專利采用過渡元素摻雜處理，這兩種摻雜處理方法實際上主要是對磷酸 鐵鋰中鐵位的摻雜，對其中鋰離子摻雜的影響能力不大，因而這兩種摻雜處理方法不能顯著地提高磷 酸鐵鋰的高倍率充放電性能。

現(xiàn)有的磷酸鐵鋰合成方法主要有高溫固相法、液相共沉淀法、冷凍干燥法、水熱合成法、溶膠一 凝膠法等。高溫固相法由于工藝流程簡單，條件容易控制，容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化而備受關(guān)注，其工藝流程 基本上都包括以下過程：以去離子水或者有機溶劑作為研磨劑，通過各種型號的攪拌球磨機進行研磨， 然后通過真空靜態(tài)干燥或者噴霧干燥等方式實現(xiàn)物料的干燥；最后在惰性氣氛保護的窯爐中進行燒 結(jié)，得到磷酸鐵鋰產(chǎn)品。在球磨和干燥實施過程中，不可避免地要出現(xiàn)以下兩個缺陷：1、由于在球 磨過程中將前驅(qū)體的形貌和粒度分布加以破壞，導(dǎo)致產(chǎn)品的形貌無規(guī)則，粒度分布寬，從而對產(chǎn)品在 制作電池過程中的加工性能造成很大的影響。2、在干燥過程中碳的偏析和損失導(dǎo)致碳在產(chǎn)品中分布 不均勻而且含量難以控制，從而導(dǎo)致磷酸鐵鋰的一致性和穩(wěn)定性太差，這是影響磷酸鐵鋰材料產(chǎn)業(yè)化 的一個很大的瓶頸。

在對橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO₄、摻雜改性的研究中，文獻報道的摻雜主要集中在Li位和Fe位， 即陽離子摻雜，而對P位和O位的陰離子摻雜的改性研究鮮見報道。由于高溫固相法的諸多優(yōu)點， 現(xiàn)在以高溫固相法來對Li位和Fe位的摻雜以及C包覆等方法來提高LiFePO₄的電學(xué)和物理學(xué)性能 為主要研究方向，以得到低成本的工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的