[發(fā)明專利]一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710384792.0
• 申請(qǐng)日: 2017-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107154494A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊國(guó)楊;杜蘇中;王云;賈共繞;牛廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南圣起機(jī)械集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58
• 代理公司: 鄭州異開(kāi)專利事務(wù)所(普通合伙)41114
• 代理人: 王霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磷酸鐵鋰正極材料，尤其是涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰材料具有安全性好、循環(huán)性能優(yōu)異、環(huán)境友好、原料來(lái)源廣泛等特點(diǎn)，被公認(rèn)為新一代鋰離子電池首選正極材料，已成為當(dāng)今世界上主要發(fā)達(dá)國(guó)家的重點(diǎn)研究和發(fā)展方向。由于該材料的制備工藝復(fù)雜，環(huán)境要求高，國(guó)內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)，目前僅有個(gè)別發(fā)達(dá)國(guó)家的少數(shù)公司實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。由于制造技術(shù)門檻高，成品率很低（一般低至60%），性能不穩(wěn)定但造價(jià)卻很高，市場(chǎng)接受度不高，直接影響了該材料的國(guó)產(chǎn)工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)成本低且成品率高的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括下述步驟：

第一步，按碳酸鋰:草酸亞鐵:磷酸二氫銨:葡萄糖=8~10%：50~54%：28~30%：6~8%之重量百分比準(zhǔn)確稱量上述原料，將其混合均勻后壓制成粉餅，然后用300~400目純碳粉包裹后備用；

第二步，將第一步處理好的物料入高溫爐內(nèi)，溫度升至250℃燒烤3~5小時(shí)，繼續(xù)升溫至350℃再燒烤4~6小時(shí)；持續(xù)升溫至410℃燒烤3~4小時(shí)后再升溫至650~700℃燒烤8~10小時(shí)，然后停爐降溫；

第三步，將物料冷卻至室溫后回收碳粉，按要求加工成使用的粒度，得到密度2.4±1 g/cm3、比表面積15.5±2.5㎡/g、容量≥160-170MAh/g的磷酸鐵鋰正極材料成品。

所述壓制粉體的壓力為5~10T，壓制后的粉餅體積為原體積的1/5~2/5。

實(shí)際制備時(shí)，所述碳酸鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨和葡萄糖四種物料的重量百分比最佳為8%:54%:30%:8%。當(dāng)然也可以在本發(fā)明公開(kāi)的范圍內(nèi)進(jìn)行合理調(diào)整。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于原料易得，配方合理，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，單價(jià)可從目前的13萬(wàn)元/噸降至6.5萬(wàn)元/噸，成品率高（可從傳統(tǒng)成品率的60%升至92%），得到的磷酸鐵鋰成品材料經(jīng)電池廠家和中科院大連物化所檢測(cè)，克容量≥155、放電率98%，晶形LiFepo₄衍射峰與文獻(xiàn)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)一致，完全達(dá)到目前使用的磷酸鐵鋰正極材料的性能。

粉體混合是合成磷酸鐵鋰晶體的重要步驟，與傳統(tǒng)使用的濕式酒精和水兩種混合方法相比，由于水和酒精基本不能回收，不僅增加了水和酒精原材料以及電能的消耗，也增加了烘干造粒的工序，而且一致性差；本發(fā)明原料直接采用干粉進(jìn)行混合，既提高了混合效率，混合后物料的一致性還好，又節(jié)約了成本。

混合粉體經(jīng)壓制后，本發(fā)明采用碳粉與空氣中的氧氣進(jìn)行有效隔離，與傳統(tǒng)在封閉爐內(nèi)采用氮?dú)飧綦x氧氣的方法相比，由于氮?dú)獠灰卓刂魄也荒芑厥绽茫某杀据^大，本發(fā)明使用的碳粉在保證隔離效果的前提下還可以回收利用，起到了節(jié)約增效的功能。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制備產(chǎn)品的晶體結(jié)構(gòu)LiFeP04衍射峰與文獻(xiàn)對(duì)比結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法做更加詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括下述步驟：

第一步，原料的配制

按8%:54%:30%:8%之重量百分比準(zhǔn)確稱量碳酸鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨和葡萄糖四種原料，用最少量同比摻雜法裝入粉料混合機(jī)內(nèi)持續(xù)混合4小時(shí)，使四種粉料完全混合成一體；

第二步，壓制

將經(jīng)過(guò)充分混合后成為一體的粉料放入5T~10T壓力機(jī)中進(jìn)行壓制，壓制后形成的粉餅體積為原體積的1/5~2/5，實(shí)際制作時(shí)，可將其壓制成直徑30cm、厚度20~25cm的圓餅，當(dāng)然也可以將其壓制成厚度25 cm左右的方形或多邊形粉餅；將粒度300~400目的純碳粉和壓制后的粉餅一起放在容器（如不銹鋼盆）中進(jìn)行混合，使碳粉均勻包裹在粉餅表面，形成15~20mm厚的碳粉包裹層，對(duì)空氣中的氧氣形成有效的隔離；

第三步，燒結(jié)

將處理好的包裹有碳粉的粉餅送入高溫爐內(nèi)，按照以下升溫梯度進(jìn)行燒制：溫度升至250℃，保溫?zé)?~5小時(shí)；升溫至350℃，保溫?zé)?~6小時(shí)；升溫至410℃，保溫?zé)?~4小時(shí)，最后升溫至650~700℃保溫?zé)?~10小時(shí)，然后停爐降溫；