[發(fā)明專利]一種動力電池正極材料LiFePO4粉末的制備方法

無效

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• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102544488A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李俊
• 申請（專利權(quán)）人: 彩虹集團公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種動力電池正極材料LiFePO₄粉末的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池自從20世紀(jì)90年代初商品化以來，由于其具有高能量密度、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中應(yīng)用于鋰電池正極材料的種類也很多，磷酸鐵鋰由于其材料具有原料豐富、環(huán)境友好、不吸潮、比容量高(理論容量為170mAh/g)、在3.4V左右具有平穩(wěn)的放電電壓平臺、熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能好等優(yōu)點而得到廣泛的關(guān)注，可望成為鋰離子動力電池的正極材料。然而，阻礙LiFePO₄商業(yè)化的瓶頸是低電子電導(dǎo)率和Li+擴散速率限制其在室溫下放電容量和循環(huán)性能。

目前研究者們從兩個方面來提高LiFePO₄的倍率性能。一方面是在合成的過程中引入導(dǎo)電添加劑(如熱解炭)形成導(dǎo)電復(fù)合材料，摻入其他離子改善晶格的導(dǎo)電性或者二者相結(jié)合的方法；另一方面就是合成形狀規(guī)則、尺寸較小(亞微米或者納米級)的LiFePO₄顆粒，改善離子導(dǎo)電性能和擴散性能。這可以通過溶膠-凝膠，液相共沉淀，水熱等軟化學(xué)方法得到實現(xiàn)。

與傳統(tǒng)的固相法相比，水熱法(溶劑熱法)能夠在較低的溫度下得到高度結(jié)晶的產(chǎn)品，并且反應(yīng)時間短、能耗少，目前在LiFePO₄的合成中已有應(yīng)用。但水熱合成的LiFePO₄顆粒容易形成Li、Fe錯位，同時在顆粒表面會形成Fe₂O₃等雜質(zhì)，因此合成的過程需要嚴格控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題在于提供一種動力電池正極材料LiFePO₄粉末的制備方法，采用熱熔法制備出粒徑分布較窄、循環(huán)性能較好的磷酸鐵鋰，提高了其鋰電池的大電流充放電性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種動力電池正極材料LiFePO₄粉末的制備方法，包括以下步驟：

1)按摩爾比為1∶1∶(1～3)的比例將磷酸、亞鐵鹽、氫氧化鋰混合，然后加入混合有有機溶劑的水作為溶劑，其中，水∶有機溶劑的體積比為2～5∶1，充分攪拌后得到均勻的混合溶液；

2)將得到的混合溶液在密閉環(huán)境下，加熱至150～200℃，保溫反應(yīng)2～5h；待冷卻后分別用乙醇和水充分洗滌反應(yīng)產(chǎn)物；

3)將洗滌后的反應(yīng)產(chǎn)物與其質(zhì)量10～15％的提供包覆碳的化合物混合，加入水充分攪拌均勻得到乳狀液，然后用該乳狀液進行噴霧干燥，得到前軀體粉末；

4)將前軀體粉末在在真空度為10^-5Pa下進行加熱，分別在100～150℃、400～500℃和600～800℃三個溫度階段保溫40～80min、150～200min和100～150min，然后冷卻得到包碳的動力電池正極材料LiFePO₄粉末。

所述的亞鐵鹽為FeSO₄·7H₂O、Fe(NO₃)₂·6H₂O、FeCl₂·4H₂O中的一種。

所述的有機溶劑為異丙醇、環(huán)丁砜、N-甲基甲酰胺、甲酰胺、乙酰胺、丁二睛中的一種。

所述的噴霧干燥時霧化器的轉(zhuǎn)速為25000轉(zhuǎn)/分鐘，進口溫度為150～200℃，出口溫度為50～80℃，鼓風(fēng)風(fēng)壓為1.2～1.5KPa。

所述的提供包覆碳的化合物為活性碳、蔗糖、葡萄糖、冰糖、檸檬酸、碳黑、石墨、碳纖維中的一種。

所述步驟5)的加熱為，在120℃、450℃和700℃三個溫度階段分別保溫60min、180min和120min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的動力電池正極材料LiFePO₄粉末的制備方法，采用熱熔法在水和與水互溶的有機溶劑的混合溶劑中合成磷酸鐵鋰晶體，再結(jié)合噴霧干燥進行包碳，制備出粒徑分布較窄、循環(huán)性能較好的磷酸鐵鋰，提高了其鋰電池的大電流充放電性能。