[發(fā)明專利]電池級無水磷酸鐵及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110419619.2
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102491302A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 應(yīng)皆榮;劉世琦
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北萬潤新能源科技發(fā)展有限公司;寧波工程學(xué)院
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37
• 代理公司: 深圳市嘉宏博知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44273
• 代理人: 楊敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電池級磷酸鐵及其制備方法，尤其是電池級無水磷酸鐵及其制備方法，該電池級磷酸鐵是制備鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的理想前驅(qū)體。

背景技術(shù)

鋰離子電池是新一代的綠色高能電池，具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬等眾多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機、攝錄機、電子儀表等，在UPS、電動工具、電動自行車、電動汽車、儲能電池等領(lǐng)域也具有光明的應(yīng)用前景。近年來，鋰離子電池的產(chǎn)量飛速增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，已成為在二十一世紀(jì)對國民經(jīng)濟和人民生活具有重要意義的高新技術(shù)產(chǎn)品。

目前，鋰離子電池在便攜式電子產(chǎn)品用的小型電池領(lǐng)域已日趨成熟，應(yīng)用范圍正逐步向中大容量、中高功率的動力型和儲能型電池領(lǐng)域拓展。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，其性能在很大程度上決定了電池的綜合性能。正極材料研究和性能改進是鋰離子電池發(fā)展的核心之一。對動力型和儲能型鋰離子電池來說，正極材料的成本、高溫性能、安全性十分重要。在小型電池領(lǐng)域已得到應(yīng)用的鋰-過渡金屬復(fù)合氧化物正極材料，包括鈷酸鋰（LiCoO₂）、鎳酸鋰（LiNiO₂）、錳酸鋰（LiMn₂O₄）及以上三種材料的衍生物，如鎳鈷酸鋰（LiNi_0.8Co_0.2O₂）、鎳鈷錳酸鋰（LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂）等尚不能滿足要求。

正交橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料已成為國內(nèi)外的研究熱點。該材料集中了鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰及其衍生物正極材料的各自優(yōu)點：不含貴重元素，原料廉價，資源極大豐富；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能極佳，LiFePO₄中的O與P以強共價鍵牢固結(jié)合，使材料很難析氧分解；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時體積縮小，與碳負極材料配合時的體積效應(yīng)好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)相容性好，儲存性能好；無毒，為真正的綠色材料。與鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰及其衍生物正極材料相比，磷酸鐵鋰正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢，可望成為動力型和儲能型鋰離子電池理想的正極材料。磷酸鐵鋰正極材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應(yīng)用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義；將使鋰離子電池在中大容量UPS、中大型儲能電池、電動工具、電動汽車中的應(yīng)用成為現(xiàn)實。

隨著化石能源的逐漸枯竭，全世界都越來越重視新能源如太陽能、風(fēng)能、潮汐能的開發(fā)利用，并把新能源的研究作為新的學(xué)科增長點。太陽能、風(fēng)能、潮汐能等除了可以并網(wǎng)發(fā)電以外，很多情況下需要把發(fā)出的電能儲存起來。只有解決了電能的儲存問題，太陽能、風(fēng)能、潮汐能發(fā)電才能靈活應(yīng)用，走向大規(guī)模的實用化。因此，儲能電池及其關(guān)鍵材料的研究對于新能源的發(fā)展應(yīng)用具有重要意義。

以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子儲能電池將可能是太陽能、風(fēng)能、潮汐能發(fā)電系統(tǒng)的絕配。因此，磷酸鐵鋰正極材料的研究不僅在鋰離子電池領(lǐng)域具有重要價值，對太陽能、風(fēng)能、潮汐能等新能源技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用也具有十分重要的意義。

目前看來，磷酸鐵鋰是最有可能真正大規(guī)模應(yīng)用于動力型和儲能型鋰離子電池的理想材料。自從1997年美國的John?B.?Goodenough教授提出這一材料以來，國內(nèi)外對此進行了廣泛而深入的研究。人們通過對材料進行表面包導(dǎo)電碳、內(nèi)部摻導(dǎo)電物質(zhì)、晶粒納米化等手段提高材料的導(dǎo)電性；通過優(yōu)化控制粉體的粒形、粒徑及其分布提高材料的堆積密度。人們開發(fā)出多種制備工藝，有些已經(jīng)應(yīng)用于實際。

歸納起來，目前磷酸鐵鋰的主流制備工藝為以下四種或其變種：

1．全濕法工藝

此法是將鋰源、鐵源、磷源分散在水中或其他溶劑中，通過水熱或溶劑熱過程，在相對較低的溫度和高壓下反應(yīng)一步合成磷酸鐵鋰，再經(jīng)后續(xù)處理制成。此法工藝簡潔，可制成納米磷酸鐵鋰；但廢液排放量大，需耐高壓設(shè)備，工業(yè)放大不易。

2．草酸亞鐵工藝