[发明专利]锂离子电池正极活性物质所用正磷酸铁材料及其液相合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及锂离子电池正极活性物质所用材料的合成方法，尤其涉及所用正磷酸铁材料的液相合成方法。

背景技术：

锂离子二次电池具有高能量密度、优良的循环性能等优点，被认为是理想的高容量大功率电池，广泛应用于便携式电器、军事装备等领域，也可用于电动汽车和混合电动汽车的动力电池。商业锂离子电池多数用钴酸锂、镍钴锰酸锂作正极材料，目前常用的镍钴锰酸锂具有较高的容量和良好的热稳定性，但由于钴资源匮乏、价格昂贵、污染环境等缺点，限制了该材料的大范围使用。

LiFePO₄具有结构稳定、资源丰富、安全性能好、无毒、无污染，理论容量较高等优点，是新型锂离子电池正极材料。目前磷酸铁分为无序型和有序型两种。但无序型磷酸铁存在颗粒大、形貌非球形、密度低、容量低、烧结后因晶型转变造成铁磷比例失调等缺点，有序型磷酸铁存在不可连续性持续生产，一致性差，颗粒间存在粘连现象等缺点，大大限制了本材料的推广使用。

发明内容：

针对以上不足之处，本发明首先提供了一种锂离子电池正极活性物质所用正磷酸铁材料，其特征在于其符合以下化学组成：FePO₄·2H₂O，该材料的晶型结构为单斜正交晶系结构，具有球形外貌，粒径范围为1～4um。

现有技术磷酸铁锂前驱体有序型FePO₄·2H₂O生产方法主要是将各种物料加入反应釜搅拌间歇式生产而成，产品一致性差，外貌球形度差，产品需经过后处理来改善颗粒间的粘连现象。传统型反应釜釜体上下分布一致，物料上下受力均匀，造成晶体内部结构缺陷少，易于粘连，经后处理也难以完全分散；本发明所用反应釜构造独特，它打破了传统圆柱形反应釜的固有模式，采用上小釜下大釜的葫芦形结构，长短不一的两层搅拌叶，并且第二层搅拌叶处在两釜相切处的特殊位置，而加料管在小釜靠下接近交接处；由于加料管所对应的釜壁非平面，因此所加物料不同于传统釜在泵压和重力下直接流入釜底，而是在第二层搅拌叶的作用下使物料快速分层并分散的更加均匀。因此使溶液反应的更加充分，粒度也更加的均匀可控。溢流口在小釜2/3，上层搅拌叶的搅拌力度小于下层搅拌叶，流入物料舒缓，流出物料湍急，使物料在小釜内停留时间更短，避免了过分受力使物料团聚粘连，使物料在同一反应釜内受到两种力度的影响，造成晶体内部结构缺陷增多，从而改善了磷酸铁的活性，提高了电化学性能。为合成性能优良并可连续性持续生产的磷酸铁锂奠定了基础，且合成时间短，成本低廉，生产效率高等优点，更适合于工业生产。

其合成方法如下；

a、将60L的去离子水加入1号反应釜做为启动母液，搅拌速度为500r/min～1500r/min，控制温度在40～90℃；

b、将原料A按流量100ml/min、原料B按流量250ml/min、原料D按流量为5ml/min以及原料C同时四种原料连续加入反应釜；控制原料C的流量使得1号反应釜内溶液的pH值始终为1.5～5.5±0.05之间；

c、1号反应釜内的溶液不断由反应釜4/5处的溢流口流入2号反应釜内，2号反应釜流满后再将1号反应釜溶液溢流至3号反应釜，2号反应釜50～90℃保温搅拌至反应釜内物质呈乳白色为止；

d、2号反应釜与3号反应釜位于1号反应釜左右两侧，分别与1号釜溢流口连接，2号釜与3号釜交替使用保温搅拌，储存溢流物料；

e、将含有正磷酸铁的乳白色物流流入离心机甩干，进行物液分离，并用去离子水冲洗物料，至洗涤水溶液pH值为7～8；

f、将洗涤后所得正磷酸铁均匀摊至不锈钢托盘内，厚度为1～2cm，80～100℃烘4～6h；

g、将烘干的正磷酸铁全部通过100目不锈钢筛网。

附图说明：图1为本方法制备的FePO₄·2H₂O的X射线衍射图

图2为本方法使用反应釜内部结构示意图

具体实施方式

实施例1：

a、将60L的去离子水加入1号反应釜做为启动母液，在不断搅拌下控制温度在40℃，搅拌速度为500r/min；

b、将配制好的4mol/L的氯化铁溶液，按流量100ml/min；配制好的4mol/L的磷酸氢二钠溶液，按流量250ml/min；配制好的0.5mol/L的氟化钠溶液，按流量为5ml/min；配制好的0.5mol/L的碳酸氢铵溶液；同时连续加入反应釜；控制碳酸氢铵的流量使得1号反应釜内溶液的pH值始终为1.5±0.05；