[發明專利]一種高振實磷酸鐵鋰正極材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810020712.8
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108091869A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 劉慧勇;任璐;吳宏;李春雨;王瑞瀚
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種高振實磷酸鐵鋰正極材料及制備方法，屬于儲能材料制備領域。本發明是以共沉淀法制得顆粒細小密實的氧化鐵粉體，然后通過不同溫度梯度晶體生長制備高振實的磷酸鐵鋰。本發明通過優化合成過程以減小產物尺寸，使粒徑分布均勻，從源頭開始控制材料密度、顆粒大小、外觀形貌；減小顆粒的粒徑，通過液體滲透促使磷酸鐵鋰晶體生長，從而獲得高振實密度的材料，可以提高材料的體積密度。本發明的磷酸鐵鋰制備過程簡單，性能優異。工業化應用潛力大，發展前景廣闊。

技術領域

本發明屬于儲能材料制備領域，具體涉及高振實磷酸鐵鋰正極材料及制備方法。

背景技術

新能源汽車未來的主流動力電池將是鋰電池，其不僅具有很大的成本下降空間，并且技術提升可能性也較大，這些都是傳統電池不具有的諸多優勢。國家對其發展非常重視，并于2013~2015年對新能源汽車發布補貼政策，磷酸鐵鋰正極材料的電化學性能為理論比容量170 mA/g，電壓平臺3.7 V，其具有一些優勢，如在全充電的狀態下，熱穩定性良好，吸濕性較小，充放電循環性能優良，安全性好，不會出現燃燒或爆炸情況，所以現今磷酸鐵鋰正極材料已經占據著動力儲能鋰離子電池領域研究和生產開發的重點部分。當然以LiFePO4為正極材料的鋰離子電池具有一些缺陷，如較差的導電率，較慢的鋰離子擴散速率，較差的低溫條件下放電性能，特別是體積密度較低，無法應用到小型轎車，這限制了LiFePO4電池的應用領域。改善體積密度的方法之一就是通過優化合成工藝，控制材料顆粒大小、外觀形貌等，提高材料的振實密度。

發明內容

本發明目的在于提供一種高振實磷酸鐵鋰正極材料的制備方法；通過從源頭控制找出最佳合成條件，提高振實密度。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種高振實磷酸鐵鋰正極材料，碳和正極材料的質量比為0.02~0.05:1，所述的磷酸鐵鋰正極材料振實密度在1.24~1.30 g/m3之間。

合成過程的具體包括以下步驟：

1． 制備密實氧化鐵粉體

A、分別緩慢滴加氨水與鐵鹽溶液和表面活性劑（占產物氧化鐵質量的8%~17%）的混合液，50~90℃下混合攪拌6~10h，然后80~150℃下干燥5~15小時，然后研磨1~2個小時；

B、將步驟A得到的粉末置于管式爐中，在400~500℃下煅燒2~8h，得到密實氧化鐵粉體。

2．制備磷酸鐵鋰

將步驟B得到的氧化鐵與鋰源、磷源、碳源一起球磨，干燥后在300~800℃下用管式爐設置不同的焙燒的溫度段，每個溫度段焙燒時間為3~15h，獲得高振實的磷酸鐵鋰。

其中氧化鐵與鋰源、磷源、碳源的用量摩爾比為1:1:1:0.8~0.9。

其中氨水與鐵鹽、表面活性劑的用量摩爾比為1.1:1:0.05~0.15。

其中氨水的濃度在10%~20%（質量分數）之間，鐵鹽的濃度在0.2~0.6mol/L之間。表面活性劑是陰離子表面活性劑，選用硬脂酸銨、十二烷基苯磺酸、木質素磺酸鹽中的一種或幾種。表面活性劑也可以是非離子表面活性劑，選用聚乙二醇、吐溫80、二乙醇胺中的一種或幾種。鐵鹽是三氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中的一種。 磷源選用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸中的一種，碳源選用PVA、蔗糖、葡糖糖中的一種或幾種。鋰源選用硝酸鋰、氫氧化鋰中的一種。

本發明和現有技術相比具有以下優點：

1. 本發明通過優化合成過程以減小產物尺寸，使粒徑分布均勻，從源頭開始控制了材料密度、顆粒大小、外觀形貌等。