[發明專利]一種磷酸鐵鋰片及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 202110752987.2
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113451574B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 李超;鄭懷正;楊震宇;羅彬輝;黃宏坤;孫成華;李勤干;陳德良
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/0525;C01B25/45
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張文俊

本發明提供了一種磷酸鐵鋰片及其制備方法、鋰離子電池，該磷酸鐵鋰片的制備方法包括以下步驟：將鐵片置于磷酸溶液中，再加入氧化劑，反應后生成磷酸鐵片；將磷酸鐵片置于反應容器內，加入鋰鹽溶液，再通入含有氫氣的保護氣體并加熱，鋰離子與磷酸鐵在還原氣氛下反應即得磷酸鐵鋰片。本發明制備得到的磷酸鐵鋰片具有與鐵相似的片狀結構，不需要與粘結劑和導電劑混合，可直接將磷酸鐵鋰片用于鋰離子電池；本發明的制備方法，相比此前的磷酸鐵鋰粉末生產流程，直接得到片狀的磷酸鐵鋰片，減少很多合成工藝，適合規模化生產，生產成本低，同時由于電極中100％為活性物質，避免了粘結劑、鋁箔、導電劑等成分占比，大幅度提高鋰離子電池的能量密度。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料技術領域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰片及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

由于新能源汽車的飛速發展、園林和家用電動工具的不斷普及，鋰電市場在不斷擴張，如今鋰離子電池的使用越來越廣泛，自然對鋰離子電池技術的要求也越來越高。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池主要的正極材料之一，價格便宜、循環壽命長、安全和充電速度快。花更低成本制備磷酸鐵鋰是鋰離子電池正極的重要研究方向。

目前企業生產磷酸鐵鋰的主要方法有液相法和固相法，但無論是液相法還是固相法，都是制備出磷酸鐵鋰粉末材料。而固相法中大都需要高溫燒結，溫度在600～800℃(碳熱還原法燒結溫度)，甚至更高，相對于本方法來說耗能是很大的，市面上磷酸鐵的價格是遠高于純鐵的，這必然導致工業生產成本遠高于本方法的工業生產成本；而液相法的反應過程，都需要先經過過濾、洗滌后得到納米前驅體，最后經高溫煅燒后即可得到磷酸鐵鋰，有的對質量要求高的還需要更多的條件和步驟如高溫高壓合成前驅體(水熱法)、靜置一段時間(共沉淀法)，合成工藝復雜，生產設備也較復雜。

目前商業化的磷酸鐵鋰粉末材料粒徑一般都在1～50微米以下，過大的顆粒會比較嚴重影響材料的電化學性能，也帶來加工困難，不具備商業化的可能。制備出粉末材料，在制作鋰離子電池時，需要將磷酸鐵鋰粉末與導電劑、粘結劑等輔助材料共同在溶劑中混合和分散，再通過涂覆機將制備好的電極漿料均勻涂覆在集流體表面(一般使用鋁箔作為集流體)。在這過程中，從鋰源等原材料到電極極片需要經歷很多工序，首先將材料轉化為粉末材料，再將粉末材料與輔助材料混合，涂覆在集流體制作為電極片。整個過程工藝復雜、成本很高、損耗嚴重、對設備和產業鏈依賴性極強、工藝條件的控制會明顯影響到后續電池的穩定性甚至安全性。而且由于電極片中輔助材料和鋁等均占有一定的重量，會降低磷酸鐵鋰活性物質占比，限制鋰離子電池的能量密度。

基于目前的制備磷酸鐵鋰正極材料存在的技術缺陷，有必要對此進行改進。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種磷酸鐵鋰片及其制備方法、鋰離子電池，以解決或部分解決現有技術中存在的技術問題。

第一方面，本發明提供了一種磷酸鐵鋰片的制備方法，包括以下步驟：

將鐵片置于磷酸溶液中，再加入氧化劑，反應后生成磷酸鐵片；

將磷酸鐵片置于反應容器內，向反應容器內加入鋰鹽，再向反應容器內通入含有氫氣的保護氣體并加熱，經過反應即得磷酸鐵鋰片。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的磷酸鐵鋰片的制備方法的制備方法，所述氧化劑包括雙氧水。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的磷酸鐵鋰片的制備方法的制備方法，所述鋰鹽包括醋酸鋰、草酸鋰、氯化鋰中一種或幾種。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的磷酸鐵鋰片的制備方法的制備方法，將鐵片置于磷酸溶液中，再加入氧化劑的同時還加入磷酸鹽。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的磷酸鐵鋰片的制備方法的制備方法，所述磷酸溶液的濃度為1～5mol/L。