[发明专利]一种磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池自上世纪90年代问世以来，就因其不可替代的优越性得到迅速发展。正极材料是锂离子二次电池的主要组成部分，该材料目前主要有LiCoO₂、LiMn₂O₄及目前成为研究热点的LiFePO₄材料。LiCoO₂由于其高温安全性能不足和金属钴的稀缺性导致在大功率、大容量的动力电池应用方面受到限制；LiMn₂O₄由于其高温循环性能和安全性能较差，在应用上亦有不足；LiFePO₄(磷酸亚铁锂)则因具有循环性能好、电压平台适中、放电稳定、比容量较高、安全且无污染等优点，成了目前最有前景的正极材料之一。在磷酸亚铁锂的生产上，铁源以采用二价铁和三价铁居多，二价铁源制的磷酸亚铁锂电化学性能好，但振实密度低，且二价铁源如草酸亚铁、醋酸亚铁等的含铁量低，原材料成本偏高；三价铁源制得的磷酸亚铁锂放电容量较低，主要是铁离子质量较大，扩散困难，使颗粒表面和内部铁的浓度差异较大，影响其容量的发挥，但好处是振实密度较高，且材料成本比使用亚铁盐低一半左右。

发明内容

本发明的目的就是要采用三价铁源化合物来制取磷酸亚铁锂正极复合材料，同时通过对制备步骤的改进，以克服其放电容量低等突出问题。

本发明的技术方案是-一种磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法依次包含如下步骤：

①将锂源化合物、三价铁源化合物、磷酸盐和掺杂金属元素M的化合物按摩尔比Li∶Fe∶P∶M等于(0.9～1.05)∶1∶(0.95～1.05)∶(0.015～0.8)的比例进行配料，再加入理论上可得磷酸亚铁锂产物质量4-5％的碳黑；先将三价铁源化合物于超细球磨机中球磨1～2小时，使其粒径细化成100～500nm，然后加入锂源化合物、磷酸盐、掺杂金属元素M的化合物及碳黑，再加入为原料总重1/1.1的丙酮分散剂球磨2～5小时；随即将所得浆料在真空干燥机中干燥3～6小时；

②将步骤①所得的粒状料置于用氩气或氮气保护的气氛炉中、在400～600℃下烧结5～12小时，得到灰黑色的颗粒状LiFePO₄材料；

③将步骤②得到灰黑色的颗粒状LiFePO₄材料投入球磨机中再进行球磨破碎1小时，然后按LiFePO₄与导电剂材料质量比1∶(0.05～0.2)加入导电剂材料，再加入等同于原料总重的丙酮作为分散剂球磨2～4小时，再投入真空干燥机中干燥3～6小时，最后把干燥的粒状料投入有氩气或氮气保护的气氛炉中，在780℃下烧结12小时，再经过破碎、粉碎、分级得到磷酸亚铁锂正极复合材料。

具体实施中，所述的锂源化合物是碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂中的一种或几种的混合物；所述的三价铁源化合物是三氧化二铁、磷酸铁中的一种或几种的混合物；所述的磷酸盐化合物是磷酸铁、磷酸二氢氨、磷酸二氢锂中的一种或两种的混合物，而所述的掺杂金属元素M的化合物则是钴、锰、钛、镁、铌、铝的化合物中的一种或几种的混合物.所述的导电剂材料是石墨、碳黑、淀粉、葡萄糖、蔗糖中的一种或几种的混合物.

本发明的优点是：采用三价铁源，产品的振实密度可以得到保证；在一次烧结前采用超细球磨处理，使细化的粒子可与碳均匀混合分布，可达到较佳的容量和倍率性能，同时可最大限度保证三价铁被碳还原为二价铁，提高容量，保证电化学性能；二次烧结处理使碳包覆更均一，颗粒倍率性也更好。

具体实施方式