[發(fā)明專利]一種磷酸鐵鋰的二次燒結合成方法

無效

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• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN101830453A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 謝朝華;方正升;劉俊杰;彭小琦
• 申請（專利權）人: 謝朝華;方正升;劉俊杰;彭小琦
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發(fā)明公開了一種鋰離子動力電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法，具體是指一種磷酸鐵鋰的二次燒結合成方法，屬于電化學、材料學、物理學交叉學科技術領域。

背景技術

鋰離子電池是一種萬能型可充電式電池，是上個世紀90年代初興起的最新一代二次電池產品，目前尚無可預見的替代產品。鋰離子電池具有單體工作電壓高、質量和體積比能量大、自放電小、無記憶效應、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，是21世紀重點發(fā)展的理想能源，廣泛應用于手機、筆記本電腦、攝像機、電動工具、航模等便捷式電器領域，且正逐步應用于大型動力領域，如電動車、助力車、混合(純)動力車、不間斷電源、大型通訊電源等。

正交晶系橄欖石型的磷酸鐵鋰由于具有價格低廉，安全性好，循環(huán)壽命長，對環(huán)境無污染而成為一種最有潛力的鋰離子動力電池材料，已引起學術界及產業(yè)界的廣泛興趣。許多專家和學者認為，磷酸鐵鋰電池作為動力型電源的突破，必將使鉛酸電池、鎳氫電池以及錳、鈷等系列正極材料制成的鋰離子電池退出歷史的舞臺。目前，國際上僅有加拿大Phostech?Lithium公司，美國valence公司和A123公司，以及臺灣長圓公司等少數(shù)幾家公司實現(xiàn)了磷酸鐵鋰材料的批量生產。國內生產廠家的技術還不成熟，無法保證批量穩(wěn)定的磷酸鐵鋰供應。目前LiFePO₄作為鋰離子動力電池正極材料還存在一些技術瓶頸，例如電導率低、低溫性能差、儲存性能不佳、批次一致性差等問題是其走向實用化的最大障礙，成為制約鋰離子電池在大型動力設備上應用的關鍵因素之一。

目前磷酸鐵鋰合成方法主要有以下幾種：1、草酸亞鐵、磷酸二氫銨和碳酸鋰混合，高溫燒結制備磷酸鐵鋰；2、氧化鐵、磷酸二氫銨和碳酸鋰混合，高溫燒結制備磷酸鐵鋰；3、磷酸鐵和碳酸鋰混合，高溫燒結制備磷酸鐵鋰；4、濕法直接合成磷酸鐵鋰，再高溫處理。四種方法各具優(yōu)勢，第一種方法工藝簡單，便于產業(yè)化，但合成出的磷酸鐵鋰加工性能不佳，且一致性問題不好；第二種方法工藝簡單，合成出的磷酸鐵鋰物理指標突出，加工性能好，但倍率性能不理想，且一致性問題差；第三種方法工藝較簡單，合成出的磷酸鐵鋰物理指標突出，倍率性能也好，但很難解決磷酸鐵鋰合成一致性差的問題；第四種方法工藝復雜，合成出的磷酸鐵鋰性能好，但同樣存在一致性差的問題。并且，上述四種方法制備的磷酸鐵鋰，均存在一個共同的缺陷，即儲存性能較差，因為儲存性能和磷酸鐵鋰中雜相息息相關，采用高溫燒結合成，無法避免產生較多的雜質相，而這些雜相物質在電池使用時可以和電解液作用，形成的金屬離子容易在負極析出，產生嵌鋰，從而，影響電池的循環(huán)性能。

發(fā)明內容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足而提供一種工藝方法簡單、操作方便、制備的磷酸鐵鋰具有高的導電率、良好的儲存性能、較佳的低溫性能且批次一致性好的磷酸鐵鋰的二次燒結合成方法。

本發(fā)明一種磷酸鐵鋰的二次燒結合成方法，包括下述工藝步驟：

第一步：配料

取鋰鹽、鐵的化合物和磷的化合物，按鋰、鐵、磷元素摩爾比為(0.98-1.02)∶1∶1的比例配料，混合均勻；所述鋰鹽、鐵的化合物和磷的化合物的粒度為1-20微米；

第二步：一次燒結

將第一步所得混合物以1-5℃/min的升溫速度從室溫升至350℃-550℃，并保溫5-15小時，然后隨爐冷卻至室溫，對所得物料進行破碎，得到磷酸鐵鋰粉末；

第三步：二次燒結

將第二步所得磷酸鐵鋰粉末與碳源、溶劑混合均勻，干燥后以2-8℃/min的升溫速度從室溫升至650℃-850℃，保溫10-20小時，然后隨爐冷卻降至室溫，破碎、過篩分級，篩下物即為本發(fā)明方法生產的磷酸鐵鋰產品。

本發(fā)明中，所述鋰鹽選自碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰中的一種；所述鐵的化合物選自草酸亞鐵、三氧化二鐵、磷酸鐵中的一種；所述磷的化合物選自磷酸二氫銨、磷酸鐵中的一種。

本發(fā)明中，所述破碎為機械破碎。

本發(fā)明中，所述過篩分級粒度為1-4μm。

本發(fā)明中，所述碳源選自葡萄糖、蔗糖中的一種。

本發(fā)明中，所述溶劑選自酒精、純水中的一種。

本發(fā)明中，所述第一次燒結、第二次燒結均在惰性氣體保護氣氛爐中進行。