[發明專利]一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法

有效

• 申請號: 201010537387.6
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102009969A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 朱杰;杜振山
• 申請（專利權）人: 河北力滔電池材料有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 馮舜英

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法。

背景技術

目前，鋰離子電池用的磷酸鐵鋰材料具有無與倫比的安全性，超長的循環壽命、良好的高溫性能和穩定的放電平臺，是用于電動交通工具、儲能電池和大倍率電動工具電池的唯一侯選正極材料。不同工藝制造的磷酸鐵鋰材料具有相當大的性能差異。其中，磷酸鐵鋰材料的自放電問題是較為嚴重的問題之一。例如，很多固相法合成的磷酸鐵鋰材料月自放電達到3%以上。而碳包覆良好、水熱法制造磷酸鐵鋰材料月自放電小于1%。自放電高的材料一般高溫循環和儲存性能也比較差，典型數據是：55℃循環300次衰減容量超過20%。有文獻認為，這是因為磷酸鐵鋰中殘存的Fe₂O₃或其他高活性鐵化合物，在循環過程中，鐵離子不斷發生電化學或化學溶解，鐵離子遷移到負極，堵塞了鋰離子擴散通道，從而造成循環壽命的迅速下降。解剖循環后性能較差的電池，也會發現隔膜和負極變成棕色或黃色，離子探針色譜證明出現大量的鐵離子。因此，消除了鐵離子的溶解和遷移，就可以有效地改善電池的自放電性能和高溫性能。

發明內容

本發明為解決現有技術存在的問題，提供了一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法。

本發明目的是提供一種具有工工藝簡單，操作方便，材料性能優良，能有效提高電池的擱置壽命和高溫性能，產品質量穩定，電池性能大幅改善等優點的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法。防止鐵離子溶出向負極遷移，避免負極的鋰離子擴散通道被堵塞，從而改善磷酸鐵鋰材料的自放電和高溫性能。

本發明的技術原理是：首先改善磷酸鐵鋰材料的潤濕性，然后用酸溶液浸出磷酸鐵鋰表面的高活性鐵離子。溶液的酸度恰好使高活性鐵離子溶解而不會溶解磷酸鐵鋰，這需要將溶液pH值控制在1.5-2.5之間。浸出高活性鐵離子后將磷酸鐵鋰材料洗滌烘干，得到所需要的磷酸鐵鋰材料。

本發明鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法采用如下技術方案：

一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理過程包括：

1）磷酸鐵鋰材料的潤濕處理：首先用0.1-3%重量百分比濃度的潤濕劑處理磷酸鐵鋰材料，使包覆碳的磷酸鐵鋰材料形成均勻的水性懸濁液；?

2）用酸溶液浸出磷酸鐵鋰表面的高活性鐵離子：將pH值為0-1的酸溶液在攪拌狀態下加入到磷酸鐵鋰懸濁液中，使最終溶液的pH值保持在1.5-2.5之間，攪拌使體系充分反應；

3）過濾烘干：溶液過濾，濾出的磷酸鐵鋰用蒸餾水或純凈水洗滌；洗滌后的磷酸鐵鋰材料，真空條件或保護性氣體氣氛下烘干，得到最終的磷酸鐵鋰材料。

本發明鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法還可以采用如下技術措施：

所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：潤濕劑為乙醇、甲醇、丙酮或丁酮有機溶劑。可以潤濕磷酸鐵鋰材料表面，又與水無限固溶，同時在烘干過程中蒸發掉，不影響體系性能。

所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：潤濕劑處理磷酸鐵鋰材料時，磷酸鐵鋰材料與潤濕溶液的重量比為1：1-10。

所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：酸溶液中的酸為硝酸和草酸。兩種酸都可以達到0-1的pH值，且洗滌后殘留的微量酸在隨后的烘干過程中可以蒸發或升華掉，不影響體系性能。

所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：酸溶液和磷酸鐵鋰懸濁液的重量比為1：0.5-2，最終溶液的pH值保持在1.5-2.5之間時攪拌1-3小時。

所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：保護性氣體為氮氣、氬氣、氦氣或它們中的一種或幾種的混合氣體。

所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：濾出的磷酸鐵鋰用磷酸鐵鋰材料重量10-20倍的蒸餾水或純凈水洗滌2遍，操作控制溫度為10-25℃。

所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點是：真空條件或保護性氣體氣氛下烘干溫度為180－250℃。

本發明具有的優點和積極效果：

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，由于采用了本發明全新的技術方案，與現有技術相比，發明制得的磷酸鐵鋰正極材料，經過了酸洗滌，表面高活性鐵離子大幅度減少。在組裝成磷酸鐵鋰電池后，正極的鐵溶出大幅度減少，有效提高了電池的擱置壽命和高溫性能。經過本發明處理的磷酸鐵鋰電池月自放電降低到0.8%，55℃高溫1C/300次循環衰減率由原來的20%降低到11.6%，電池性能得到大幅度改善。