[發明專利]一種磷酸鐵鋰電池正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410121300.5
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103943855A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體涉及一種磷酸鐵鋰電池正極材料的制備方法。

背景技術

橄欖石型結構的磷酸鐵鋰（LiFePO₄）自1997年被報道具有可逆脫嵌鋰特性以來，以其安全性能好、循環性能優異、環境友好、原料來源豐富等優點而成為當前鋰離子電池正極材料的研究熱點之一。磷酸鐵鋰（LiFePO₄）其理論比容量相對較高(170?mAh/g)，能產生3.4?V?(?vs.Li/Li⁺?)的電壓，尤其是具有規則橄欖石型的磷酸鐵鋰（LiFePO₄）與及其充電態的FePO₄?的晶胞參數，同屬一種空間群，在結構上極其相似。因此，磷酸鐵鋰（LiFePO₄）在反復充放電過程中能夠保持結構的穩定性，循環可逆性能高。在全充電狀態下具有良好的熱穩定性、較小的吸濕性和優良的充放電循環性能，因而磷酸鐵鋰（LiFePO₄）被認為是鋰離子動力電池發展的主流正極材料。

為了改善磷酸鐵鋰（LiFePO₄）的實用性能,人們對其合成工藝進行了深入研究，發現LiFePO₄?粒子半徑對電極比容量有較大的影響。LiFePO₄?粒子半徑越大,?Li⁺?的固相擴散路程就越長，其脫出和嵌入就越困難，LiFePO₄的容量就越難充分發揮出來。所以，通過減小LiFePO₄顆粒的粒徑可改善LiFePO₄正極材料的電化學性能。目前，磷酸鐵鋰（LiFePO₄）主要通過控制晶粒生長，制備出粒徑均一、細小的材料，從而強化材料的離子傳導性能。而磷酸鐵鋰的性能取決于材料的形態、顆粒的尺寸以及原子排列，因此制備方法尤為重要。

中國發明專利號?CN?102745663A公開了一種制備磷酸鐵鋰材料的方法，該方法包括混合、球磨、預燒、二次燒結，得到磷酸鐵鋰材料成品。該類方法屬于固相法，一般需要粉體原料長時間的研磨混合和長時間高溫燒結，不但能耗高，而且由于受反應均勻度影響，產物在組成、結構、粒度分布等方面存在較大差別，易出現Fe的雜質相。

中國發明專利號?CN10176421813B公開了一種磷酸亞鐵鋰鋰離子電池正極材料的制備方法,該方法利用蔗糖做碳源，作為反應的還原劑，屬于碳熱還原法。該方法解決了在原料在高溫煅燒時的氧化反應，同時改善了材料的導電性，但該類方法需要高溫長時間煅燒，溫度難以控制，產物均一性差，晶粒大。

中國發明專利號CN103359701A公開了一種微波合成磷酸亞鐵鋰電池正極材料的方法，該方法使用微波合成，將前驅體置于保護裝置中在微波爐內加熱5-30分鐘即得磷酸亞鐵鋰。該方法具有加熱時間短，加熱速度快，熱能利用率高，但無法實現連續規模化生產，同時生產過程較難控制，設備投入較大。

中國發明專利號?CN101621122公開了一種磷酸亞鐵鋰復合材料的制備方法，該方法采用水熱合成法制備球形磷酸亞鐵鋰材料，通過在振蕩器中不斷攪拌、高壓反應釜中反應、過濾、洗滌、在300～650℃下進行燒結3-8h，得到球形的磷酸亞鐵鋰。水熱法可以在液相中制備細顆粒，具有物相均勻、粉體粒徑小的優點，但水熱合成法制備的產物結構中常常存在鐵的錯位，生成亞穩態的FePO₄，同時設備投資大，對設備耐高溫高壓的要求高，無法連續生產，工藝較復雜，需要過濾、洗滌、高溫燒結，污染大，能耗高。

中國發明專利號?CN103359701A公開了一種磷酸鐵鋰的制備方法，其包括：分別提供鋰源溶液、亞鐵源溶液以及磷源溶液，將磷源溶液與所述亞鐵源溶液進行混合形成第一溶液；在90攝氏度至180攝氏度的加熱溫度下，在第一溶液加入鋰源溶液中形成混合液，混合液發生共沉淀反應生成磷酸鐵鋰。該方法可以在較低溫度下合成磷酸鐵鋰，但需要洗滌、過濾、干燥，甚至需要高溫燒結包覆碳處理，工藝較長，存在污染。