[发明专利]一种锂离子电池正极材料球形磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属锂离子电池正极材料的制备领域，特别是涉及一种锂离子电池正极材料球形 磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有高电压、大容量、长寿命和安全性能好等特点，使之从便携式电子 设备至电动汽车等多方面展示了应用前景。开发锂离子电池的关键之一是寻找合适的电极 材料，使电池具有足够高的锂嵌入量和很好的锂脱嵌可逆性，以保证电池的高电压、大容 量和长寿命的要求。LiCoO₂是目前大规模应用的锂离子电池正极材料，其综合性能优良， 但是该材料的生产成本高，热稳定性能差，毒性较大，安全性能也不好。多年来，手机锂 电池、笔记本锂电池组、移动DVD用锂电池和矿灯用锂电池等不断出现燃烧和爆炸等现 象，造成极大的经济损失和极坏的社会影响。LiCoO₂电池无法满足电动助力车、混合动力 汽车和纯动力汽车对动力电池的诸多要求。直到新一代锂离子电池正极材料磷酸铁锂问世 后，才真正为大容量锂离子动力电池的发展和更新展现了广阔空间。磷酸铁锂正极材料以 其超长的循环寿命，极好的安全性能，较好的高温性能，极其低廉的价格，以及低温性能 和倍率放电已经可以达到钴酸锂的水平而成为最有希望的锂离子动力电池材料。

尽管磷酸铁锂正极材料有以上的诸多优点，但是该材料存在两个明显的缺点，一是材 料的电导率低，导致材料的高倍率充放电性能差，实际比容量降低。这个缺点通过掺杂导 电材料和金属离子以及包覆导电材料的方法目前已经解决。二是材料的堆积密度低，导致 磷酸铁锂材料的体积比容量低。

目前，合成磷酸铁锂正极材料主要是通过高温固相反应法，即将锂源、铁源、磷源、 掺杂或包覆物质一起研磨混合均匀，然后在高温下烧结而成。该方法制备出来的磷酸铁锂 正极材料振实密度都比较低，一般振实密度仅为0.8～1.2g/cm³，比LiCoO₂正极材料低得多， 低的堆积密度使得磷酸铁锂正极材料的体积比容量比LiCoO₂材料低了很多，阻碍了磷酸 铁锂正极材料的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池正极材料球形磷酸铁锂的制备方 法，该制备工艺操作简单、易于控制、有利于实现规模化工业生产；且制备的球型磷酸铁 锂正极材料振实密度高，可达1.5-2.2g/cm³。

本发明的一种锂离子电池正极材料球形磷酸铁锂的制备方法，包括：

(1)将三价铁化合物与磷源化合物分别溶解于去离子水中，配制浓度为0.1-5mol/1的 水相溶液A和B，将溶液A和B缓慢加入含有质量比为0.05-5％的表面活性剂的有机油中， 形成油包水体系C，并不断搅拌，使体系C中水相溶液和有机油的体积比为1∶2～30，Fe 和P总摩尔比为0.9-1.1；

(2)控制上述体系C的温度为40～90℃，调节体系C的pH值为1.5～2.5，将沉淀离心 分离后洗涤、干燥，得到球型磷酸铁前驱物；

(3)将球型磷酸铁前驱物与锂源化合物混合，使磷酸铁与锂源化合物中的原子比为Fe∶ P∶Li＝1∶1∶0.95-1.05，得到磷酸铁锂，再加入碳源化合物，使碳源化合物与磷酸铁锂的 质量比为0.5～20％；

(4)在惰性气体的保护下，于550～850℃煅烧1-24小时，得到振实密度为1.5-2.2g/cm³的高堆积密度的球形磷酸铁锂正极材料。

步骤(1)中所述的三价铁化合物选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁等可溶性铁化合物中 的一种或几种的混合物；

步骤(1)中所述的磷源化合物选自磷酸、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵中的一种 或几种的混合物；

步骤(1)中所述的体系C中有机油为柴油、煤油或其两者的混合物；

步骤(1)中所述的体系C中表面活性剂选自聚山梨酯、脂肪酸山梨坦、十二烷基硫 酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六醇硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠中的一种或几种的混合物；

步骤(3)中所述的锂源化合物选自氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、草酸锂中的一种或 几种的混合物；

步骤(3)中所述的碳源化合物为葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、乙炔黑、碳黑、柠檬酸 中的一种或几种的混合物；

步骤(4)中所述的惰性保护气体为高纯氮气、氩气或其混合气。