[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810265006.X
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108423650B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊改;王波;秦顯忠;蔡飛鵬;蔣波;高金華;陳花
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院能源研究所
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京智橋聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11560
• 代理人: 段嘯冉

一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟：按比例稱取鋰源、鐵源、磷源及碳源，將各原料球磨充分混合、干燥后放入等離子體回轉(zhuǎn)爐中，在惰性氣氛或還原氣氛下，爐內(nèi)壓力為6?100Pa，在300?600℃的溫度下等離子體處理5?60min得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。本方法選擇等離子體回轉(zhuǎn)爐作為等離子體處理裝置，優(yōu)化了相關(guān)的工藝條件，進一步降低了磷酸鐵鋰的顆粒粒徑，制備的磷酸鐵鋰正極材料材料晶體結(jié)構(gòu)發(fā)育好，晶體結(jié)構(gòu)中雜質(zhì)少。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術(shù)

正交橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO₄)具有以下優(yōu)點：不含貴重元素，原料廉價，資源極大豐富；工作電壓適中(3.4V)；平臺特性好，電壓極平穩(wěn)(可與穩(wěn)壓電源媲美)；理論容量大(170mAh/g)；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能極佳(O與P以強共價鍵牢固結(jié)合，使材料很難析氧分解)；高溫性能和循環(huán)性能好；充電時體積縮小，與碳負極材料配合時的體積效應(yīng)好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)相容性好，儲存性能好；無毒，為真正的綠色材料。目前磷酸鐵鋰材料主要采用高溫固相法燒結(jié)工藝，溫度為700-800℃，時間約10-20h，導(dǎo)致合成耗時耗能，且材料電化學(xué)性能不穩(wěn)定，從而變相增加了該材料的生產(chǎn)成本。如何在兼顧材料穩(wěn)定電性能的同時降低生產(chǎn)成本是目前很多研發(fā)者都在研究的問題。

CN101604747A公開了一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，用于制備磷酸鐵鋰正極材料，包括配料，將配料用等離子體噴射技術(shù)噴射制成，等離子體噴射技術(shù)由等離子噴涂設(shè)備完成，等離子噴涂設(shè)備的噴射出口上連接封閉的噴射成型腔，噴射成型腔的長度為8～15米，等離子噴涂設(shè)備內(nèi)腔和噴射成型腔中充有惰性氣體。反應(yīng)原料能夠直接熔融，能夠瞬間制備高度球形化、成份均勻、性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰正極材料。

CN102064318A公開了一種射頻等離子體增強化學(xué)氣相沉積實現(xiàn)磷酸鐵鋰碳包覆的方法。它是將磷酸鐵鋰置于反應(yīng)室中，在反應(yīng)性氣體中，在射頻等離子體下，反應(yīng)15～60min，反應(yīng)室的總氣壓維持在8～30Pa，射頻等離子體的電源輸出功率為40～100W，所述的反應(yīng)性氣體為乙炔或體積比為1∶1的氫氣與甲烷的混合氣體。利用本發(fā)明生成的碳包覆膜成份均勻，厚度容易控制，并且相比與常規(guī)的化學(xué)氣相沉積，具有溫度低，反應(yīng)時間短的優(yōu)點。制備的碳包覆LiFePO₄材料晶體結(jié)構(gòu)發(fā)育良好，XRD衍射測試結(jié)果中不含雜相，并且該碳包覆LiFePO₄材料比容量大，倍率性能及循環(huán)性能優(yōu)異。與金屬鋰組成扣式模擬電池測試，0.5C和1C時，首次放電容量分別為166.0mAh·g^-1、和165mAh·g^-1，50次循環(huán)后容量保持率分別為99.5％和99.3％。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、成本低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法。

等離子體常被稱為物質(zhì)存在的除固、液、氣三態(tài)之外的第四態(tài)。當(dāng)在反應(yīng)室的兩個電極之間加上電壓時，由陰極發(fā)射出的電子在電磁場的作用下被加速獲得能量，與反應(yīng)室中氣體原子或分子發(fā)生非彈性碰撞，使其分解、激發(fā)或電離，一方面產(chǎn)生輝光，另一方面在反應(yīng)室內(nèi)形成帶電粒子(電子、離子、活性基團以及亞穩(wěn)的原子核分子等)，利用組成等離子體的這些粒子發(fā)生反應(yīng)，可以使整個體系保持在較低溫度下實現(xiàn)材料的可控生長制備，低溫條件下制備樣品可以大幅減少能耗，降低成本。

一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法，包括以下步驟：按比例稱取鋰源、鐵源、磷源及碳源，將各原料球磨充分混合、干燥后放入等離子體回轉(zhuǎn)爐中，在惰性氣氛或還原氣氛下，爐內(nèi)壓力為6-100Pa，優(yōu)選為20-50Pa，在300-600℃，優(yōu)選為400-500℃的溫度下等離子體處理5-60min得到鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰。