[發(fā)明專利]一種低成本磷酸鐵鋰材料、其制備方法及用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611219247.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN106602060A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 席小兵;張懷文;趙玉萌;龐鈞友;黃友元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貝特瑞（天津）納米材料制造有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/136;H01M10/0525;H01M10/0587;C01B25/45
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯桂麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料合成領(lǐng)域，涉及一種磷酸鐵鋰材料、其制備方法及用途，尤其涉及一種磷酸鐵鋰材料、其制備方法及用于鋰離子電池的用途。

背景技術(shù)

作為具備橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料與其他傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料如尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO₂相比，磷酸鐵鋰的的原料來源廣泛、價(jià)格更低廉且對(duì)環(huán)境無污染，并且該材料具備良好的安全性能和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

磷酸鐵鋰行業(yè)經(jīng)過將近20年多年的發(fā)展，逐漸成為主流電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站的首選材料，尤其是在當(dāng)今環(huán)境越來越受到社會(huì)關(guān)注的當(dāng)下，打造和發(fā)展一個(gè)健康、環(huán)保的宜居環(huán)境成為大家的共識(shí)，自2013年以來，國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、工信部以及科技部等各大部委陸續(xù)出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)和推廣新能源汽車發(fā)展的政策，包括新能源汽車購(gòu)置價(jià)格上的高額補(bǔ)貼，以及不限行不限號(hào)等政策優(yōu)惠，新能源行業(yè)在2015年迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。

目前電動(dòng)電池的成本整體較高，這勢(shì)必會(huì)影響電動(dòng)電池在民用領(lǐng)域的大規(guī)模普及，因而降低動(dòng)力電池的成本勢(shì)在必行，其中作為正極材料的磷酸鐵鋰占據(jù)動(dòng)力電池的成本的35％～45％，因而如何有效降低磷酸鐵鋰的成本成為未來影響動(dòng)力電池全面鋪開的關(guān)鍵，研究低成本磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法具備深遠(yuǎn)的意義。

CN 105253870 A公開了一種磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝，包括步驟：1)進(jìn)行原材料檢測(cè)；2)將磷酸鐵進(jìn)行烘干除水；3)利用研磨機(jī)進(jìn)行混料處理；4)利用分散機(jī)進(jìn)行物料分散處理；5)進(jìn)行噴霧干燥處理；6)進(jìn)行液壓機(jī)物料壓塊裝料處理；7)進(jìn)行推板爐燒結(jié)處理；8)進(jìn)行輥壓細(xì)磨處理；9)進(jìn)行篩分、包裝、檢驗(yàn)、入庫處理。該方法具有工藝設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)效率和質(zhì)量較高的優(yōu)點(diǎn)，但是，采用該方法制備得到的磷酸鐵鋰的性能有待進(jìn)一步提升以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本且性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰材料、其制備方法及用途。本發(fā)明的磷酸鐵鋰材料不僅制備成本低廉，而且，采用本發(fā)明的磷酸鐵鋰材料作為正極活性材料制成正極并進(jìn)一步組裝成的電池的電化學(xué)性能優(yōu)異，1C的放電容量在140.2mAh/g以上，循環(huán)至循環(huán)容量比前三周容量的平均值≤80％時(shí)的周次在3640次以上。

本發(fā)明所述“低成本磷酸鐵鋰”指：通過壓塊和添加助劑相結(jié)合的方式來提升燒結(jié)窯爐的裝填量和縮短窯爐的燒結(jié)時(shí)間以使磷酸鐵鋰的制備成本更低，通過本方式坩堝裝填量提升75％以上，燒結(jié)時(shí)間縮短4小時(shí)以上，降低了能耗和成本。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種磷酸鐵鋰材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將鋰源、鐵源、磷源和任選的摻雜元素源混合得到物料，加入碳源和溶劑進(jìn)行研磨，然后干燥，得到前驅(qū)體；

(2)在加入助劑的條件下對(duì)步驟(1)得到的前驅(qū)體進(jìn)行粉碎；

(3)對(duì)步驟(2)粉碎得到的物料進(jìn)行壓塊，得到壓塊后的物料；

(4)將步驟(3)得到的壓塊后的物料置于反應(yīng)爐中，于惰性氣氛下升溫并恒溫焙燒，破碎，得到磷酸鐵鋰材料；

其中，所述助劑為草酸和/或草酸銨。

優(yōu)選地，步驟(1)所述鋰源、鐵源、磷源和任選的摻雜元素源按照鋰元素:鐵元素:磷元素:摻雜元素的摩爾比(0.95～1.05):(0.95～1.05):(0.95～1.05):(0～0.05)進(jìn)行混合，摩爾比例如可為0.95:1:0.95:0、0.95:1:0.96:0、0.98:1:1:0.03、0.95:0.97:1:0.02、1:0.98:1:0、0.97:0.96:1:0.04、1:1:0.95:0、1:1:1:0、1:1:1:0.01、1:1:1:0.03、1:1:1:0.05、0.95:1:1:0.025或1:1:0.96:0.01等。

本發(fā)明中所述“任選的摻雜元素源”指：可以添加摻雜元素源，也可以不添加摻雜元素源。

優(yōu)選地，步驟(1)所述鋰源包括碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰、硝酸鋰、草酸鋰、醋酸鋰或檸檬酸鋰中的任意一種或至少兩種的混合物，所述混合物典型但非限制性實(shí)例有：氫氧化鋰和磷酸二氫鋰的混合物，磷酸二氫鋰和檸檬酸鋰的混合物，氫氧化鋰和硝酸鋰的混合物，磷酸二氫鋰和草酸鋰的混合物，氫氧化鋰、磷酸二氫鋰和硝酸鋰的混合物，硝酸鋰、草酸鋰和醋酸鋰的混合物等。但并不限于上述列舉的鋰源，其他本領(lǐng)域常用的可達(dá)到相同效果的鋰源也可用于本發(fā)明。