[發明專利]一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710819530.2
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107634205A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 陳方;高玉仙;李道聰
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙)34115
• 代理人: 金凱

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體是一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術

磷酸鐵鋰材料作為動力型鋰離子電池正極材料已得到廣泛應用，得益于磷酸鐵鋰材料具有較好的安全性能，由于磷酸鐵鋰材料中具有較為穩定的P-O鍵，其熱失控的溫度可以高達400度左右，因此，磷酸鐵鋰材料具有長循環及熱穩定性等優勢。

對于磷酸鐵鋰材料在動力電池方面的應用，最為關注的是其快充性能，提高磷酸鐵鋰材料的倍率性能，即提高電子電導率及縮短鋰離子擴散的距離。針對該問題的解決方法是使磷酸鐵鋰材料納米化，并且進行更有效的碳包覆，納米化可以使磷酸鐵鋰材料與電解液進行充分的接觸，增加反應界面，縮短擴散路徑，提高鋰離子的擴散速度，碳包覆可以有效改善磷酸鐵鋰材料的電子導電性，提高材料的倍率性能，以滿足動力電池方面的要求。

發明內容

本發明的目的是解決磷酸鐵鋰材料的導電性差的問題及改善了磷酸鐵鋰合成的工藝，實現了原位配鋰，提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將砂磨到合適粒徑的磷酸鐵加入到溶劑中，持續攪拌，然后在攪拌條件下加入一定量的有機物單體及LiOH·H₂O，攪拌，將上述溶液加熱到一定溫度后加入一定量的引發劑，反應一定時間，實現原位配鋰，然后將得到的漿料進行超細研磨、干燥得到配鋰完成的磷酸鐵鋰前驅體；

(2)將上述磷酸鐵鋰前驅體在惰性氣體保護氛圍下進行一次燒結，得到預包覆碳的一次燒結產物；

(3)將步驟(2)預包覆碳的一次燒結產物與碳源混合，粉碎、干燥，在惰性氣體保護氛圍下進行二次燒結，分級過篩得到磷酸鐵鋰正極材料。

進一步方案，所述步驟(1)中磷酸鐵砂磨至D50粒徑為100-500nm，優選100-300nm；

所述溶劑選自去離子水或乙醇溶劑的一種或兩種；所述LiOH·H₂O為電池級，其中LiOH·H₂O的量根據Li：P摩爾比的配鋰量范圍0.99-1.02來確定。

進一步方案，所述步驟(1)中有機單體選自丙烯酸或甲基丙烯酸中的一種或兩種，有機單體與LiOH·H₂O的摩爾比為1:1；

所述引發劑為水性引發劑或油性引發劑中的一種；水性引發劑為：H₂O₂、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀、高錳酸鉀和草酸的混合物中的一種或多種；油性引發劑為：偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化苯甲酰中的一種或多種；所述引發劑加入量為磷酸鐵質量的1wt％。

進一步方案，所述步驟(1)中溶液加熱方式為水浴加熱，溫度為45-65℃；反應時間為0.5-2h。

進一步方案，所述步驟(1)中將得到的漿料進行超細研磨時所使用設備為砂磨機；所使用的干燥設備為噴霧干燥機。

進一步方案，所述步驟(2)和(3)中惰性氣體為氮氣、氬氣和氦氣中的一種或幾種。

進一步方案，所述步驟(2)中一次燒結溫度為300-500℃，燒結時間為3-8h；

所述粉碎選擇濕法粉碎或干法破碎，粉碎方法是砂磨或球磨。

進一步方案，所述步驟(3)中二次燒結溫度為600-800℃，燒結時間為8-20h；優選燒結溫度600-750℃，燒結時間10-20h。若溫度過低，碳源分解不充分，會造成磷酸鐵鋰材料的導電性不佳，若溫度過高，會造成磷酸鐵鋰材料一次粒徑變大，鋰離子擴散路徑延長倍率性能不佳。

進一步方案，所述步驟(3)中碳源選自蔗糖、葡萄糖、果糖、抗壞血酸、碳納米管、碳黑、VGCF、乙炔黑中的至少一種。

進一步方案，所述步驟(3)中磷酸鐵鋰正極材料中碳含量為1.5-3wt％。碳含量過低時，磷酸鐵鋰材料的導電性會較差，材料倍率性能不佳，碳含量過高時，會造成材料容量發揮下降，且加工性能較差，易吸水。

本發明的有益效果：

1、本發明使用了一種新的混鋰方式，通過丙烯酸或甲基丙烯酸與LiOH·H₂O進行反應然后再進行聚合反應可以使生成的有機鋰源均勻包覆在磷酸鐵的表面，防止顆粒團聚。

2、本發明第一次燒結時有機鋰源在惰性氣氛下進行燒結可以預先形成一層碳層，有效防止因氣氛不純混入氧氣而造成的材料氧化，從而可以保證材料的性能。

3、本發明方法制備的磷酸鐵鋰材料具有較好的倍率性能及容量性能。

附圖說明