[發明專利]一種磷酸鹽正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310410629.9
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103545509A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 蔣華鋒;郭軍;盧曉春
• 申請（專利權）人: 江蘇國泰鋰寶新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電池材料制備領域，特別涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，。?

背景技術

磷酸鐵鋰因為其優異的安全性能和優秀的循環性能成為了鋰動力電池首選的正極材料，此外還廣泛應用于手機、筆記本電腦、數碼相機及其他大量新興的IT產品的UPS電源系統；由于磷酸鐵鋰本身電子電導率低的缺陷制約了其在部分領域的應用，目前已經證明成熟的產業化方案為通過有機碳和無機碳進行表面包覆，可以將電導率提升7個數量級，但是由于我們在實際生產中碳的包覆存在以下缺陷：有機碳的引入導致在燒結過程中會限制磷酸鐵鋰顆粒的長大，雖然這樣有利于倍率性能的改善，但的確大幅度降低了材料的振實密度和能量密度；由于在儲能領域材料的放電倍率很小，一般不超過0.2C，所以能量密度的提升對降低儲能模塊的成本有顯著的影響。?

磷酸鐵鋰因為其優異的安全性能和優秀的循環性能成為了鋰動力電池首選的正極材料，此外還廣泛應用于手機、筆記本電腦、數碼相機及其他大量新興的IT產品的UPS電源系統；由于磷酸鐵鋰本身電子電導率低的缺陷制約了其在部分領域的應用，目前已經證明成熟的產業化方案為通過碳包覆和金屬離子摻雜的方法將電導率提升7個數量級，從而改善了磷酸鐵鋰材料的倍率性能。?

磷酸鐵鋰電池在電動自行車、電動轎車和電動大巴等產品都有大量的應用，由于對電池的倍率要求較高，一般要求單體電池具有3C以上的放電能力，所以在磷酸鐵鋰生產過程中需要添加大量的有機碳源控制顆粒尺寸，但是有機碳的引入導致在燒結過程中會限制磷酸鐵鋰顆粒的長大，雖然這樣有利于倍率性能的改善，但確大幅度降低了材料的振實密度和能量密度；當磷酸鐵鋰電池應用與儲能模塊時，在實際工況下放電倍率很小，一般不超過0.2C，目前市售的產品盡管倍率性能優良，但是產品的能量密度、一致性和加工性能都比傳統的三元材料等產品有較大差距，使磷酸鐵鋰電池的模塊的成本提高了20％以上，所以能量密度的提升可以顯著提高磷酸鐵鋰電池在儲能模塊方面的競爭力。?

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，該方法采用無碳燒結?工藝改善了磷酸鐵鋰正極材料的顆粒尺寸，提高了材料的振實密度和能量密度，同時采用粉碎分級技術改善了磷酸鹽材料形貌不可控的問題，提高了產品在生產過程中的收率，同時徹底避免了傳統工藝中碳在高溫環境下的過還原現象，制備的材料加工性能優良，能量密度高，自放電小的顯著優勢，提高了磷酸鹽電池在儲能型電池方面的性能。?

本發明為解決上述問題而采用的技術方案是提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：依次包括以下步驟：將鋰源、亞鐵源和磷酸源混合后在惰性氣體保護下在500～750度高溫燒結6～12小時得到磷酸鹽燒結料，所述鋰源、鐵源和磷酸源中的Li：Fe：PO4的化學摩爾比為(0.98～1.02)：(0.98～1.02)：(0.97～1.03)；將所述磷酸鹽燒結料通過粉碎分級得到磷酸鹽固體粉末；將所述磷酸鹽固體粉末加入到去離子水中，加入有機碳源在氮氣氣氛下300～400度低溫燒成3～6小時得到磷酸鐵鋰復合材料。?

上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其中，所述鋰源為碳酸鋰。?

上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其中，所述碳酸鋰為電池級碳酸鋰，純度大于99.5％。?

上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其中，所述鐵源為草酸亞鐵或電池級磷酸鐵，純度大于98％。?

上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其中，所述磷酸源為磷酸二氫銨，純度大于99.5％。?

上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其中，所述粉碎分級的設備為氣流式粉碎分級機或機械式粉碎分級機。?

上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其中，所述粉碎分級處理后的磷酸鹽材料的粒度特征為：D₅₀介于0.5～3.0um之間，D₉₉不超過9um。?

上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其中，所述有機炭源為蔗糖或葡萄糖；所述有機炭源的包覆量為磷酸鹽固體粉末總質量的15％～40％。?

本發明對比現有技術有如下的有益效果：本發明的方法采用無碳燒結工藝改善了磷酸鐵鋰正極材料的顆粒尺寸，提高了材料的振實密度和能量密度，同時采用粉碎分級技術改善了磷酸鹽材料形貌不可控的問題，提高了產品在生產過程中的收率，同時徹底避免了傳統工藝中碳在高溫環境下的過還原現象，制備的材料加工性能優良，能量密度高，自放電小的顯著優勢，提高了磷酸鹽電池在儲能型電池方面的性能。?

附圖說明