[發(fā)明專利]高容量高壓實磷酸鐵鋰正極材料的生產方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310570094.1
• 申請日: 2013-11-16
• 公開（公告）號: CN103618083A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 曹長城;高云
• 申請（專利權）人: 河南福森新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 季發(fā)軍

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料加工技術領域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰(LiFePO₄)正極材料通過壓實、燒結生產高容量高壓實的磷酸鐵鋰正極材料的方法。

背景技術

正極材料是鋰離子電池的重要組成部分,?目前廣泛研究應用的鋰離子電池正極材料有金屬氧化物如層狀結構的LiMO₂(M=Co?Ni)和尖晶石型結構的錳酸鋰(LiMn₂O₄)，其中鈷酸鋰(LiCoO₂)的成本較高、資源貧乏且毒性大，鎳酸鋰?(LiNiO₂)的制備困難熱穩(wěn)定性差，?LiMn₂O₄的容量較低循環(huán)穩(wěn)定性較差，開發(fā)高性能、低成本的鋰離子電池正極材料成為鋰離子電池材料研究領域的熱門課題。

磷酸鐵鋰以其充放電效率高、具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性，電池更耐用，高安全性高，且價格便宜、資源豐富而倍受重視，得到廣泛研究和應用，但由于其電導率低且振實密度小，又極大地限制該零污染正極材料應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是旨在提供一種通過壓實物料、多次燒結，以提高磷酸鐵鋰壓實密度、電化學克容量和循環(huán)性能的高容量高壓實磷酸鐵鋰正極材料的生產方法。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術方案是：一種高容量高壓實磷酸鐵鋰正極材料的生產方法，包括以下步驟：

（一）生料混合：按鋰、鐵摩爾比0.96-1.06取磷酸二氫鋰和草酸亞鐵，并采用高速混合機混合，混合時間10-100分鐘，混合均勻得生料；

（二）壓片、燒結：以下各燒結過程中要持續(xù)補充氮氣，及時排放二氧化碳，確保化學反應充分；

a．一次壓片、燒結：采用磷酸鐵鋰壓片機對生料進行100～200T壓力壓片，采用網帶窯對壓片好的生料進行一次燒結，燒結溫度450～650℃，燒結10小時以上；

b．二次壓片、燒結：將一次燒結的磷酸鐵鋰半成品粉碎,采用機械粉碎機粉碎，粉碎粒度D50=1-8μm，向粉碎的物料摻入物料質量1.0-2.0%的摻雜添加劑，倒入反應釜和砂磨機進行濕法混合分散，球磨5-24小時，球磨后產品粒度D50小于5μm，然后進行噴霧干燥，干燥后的物料再進行第二次壓片，壓力180～280T，并投入網帶窯進行第二次燒結，燒結溫度480～620℃，燒結10小時以上；

c．三次壓片、燒結：將二次燒結的磷酸鐵鋰半成品粉碎，采用機械粉碎機粉碎，粉碎粒度D50小于5μm，向二次燒結后粉碎的物料摻入質量比1-5%的含碳添加劑進行包覆，倒入反應釜和砂磨機進行濕法混合分散，球磨5-24小時，球磨后產品粒度D50小于4μm，并進行噴霧干燥，噴霧干燥后，進行第三次壓片處理，壓力300～400T，壓片處理后，再次投入網帶窯進行第三次燒結，燒結溫度680～800℃燒結10小時以上；

（三）燒結后混合：三次燒結完成后，及時收料，在濕度小于40%RH的包裝間進行破碎、粉碎處理，控制產品粒度D50=3-4.5um,粉碎完的磷酸鐵鋰產品進行混合成批，倒入V型混合機，混合100-200分鐘即可，混合后物料D50偏差小于0.5um；

（四）過篩、除鐵：混合完的物料過篩，篩網150目；并對物料進行除鐵，金屬磁性物質鐵含量小于100ppb；

（五）包裝、入庫：除鐵后對物料進行熱封包裝，內層聚乙烯袋緊口，外層鋁復合熱封，裝桶、標示，即可入庫。

所述摻雜添加劑為含鈦化合物或含鎂化合物或含錳化合物。

所述含碳添加劑為含碳化合物。

所述摻雜添加劑為草酸鎂或四氧化三錳或氧化鈦。

所述含碳添加劑為葡萄糖或蔗糖。

本發(fā)明通過采用多次壓實和燒結的方法制備高容量高壓實磷酸鐵鋰正極材料，有效地實現(xiàn)了提高磷酸鐵鋰壓實密度、電化學克容量和循環(huán)性能的目的，生產出的磷酸鐵鋰正極材料質量穩(wěn)定，產品克容量大于140mAh/g，產品壓實密度大于2.4g/cm3，循環(huán)性能2000次衰減小于20%。磷酸鐵鋰通過壓實處理后燒結可以使磷酸鐵鋰納米級顆粒結合更緊密，提高磷酸鐵鋰顆粒密度。通過三次燒結，使磷酸鐵鋰納米晶體更加穩(wěn)定，一次燒結，形成磷酸鐵鋰初級晶相，二次摻雜燒結，使鈦、鎂、錳晶體融入磷酸鐵鋰晶體結構中，三次碳包覆后燒結，實現(xiàn)磷酸鐵鋰納米晶體完全碳包覆，提高了磷酸鐵鋰單晶的導電性。