[发明专利]磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池正极材料的制备方法，具体涉及一种磷酸铁锂各颗粒间的组份相近，颗粒粒度均匀，克容量高的磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

随着各种便携式电子产品日益普及，电池作为一种携带方便的电源设备日益受到关注，我国已经成为电池生产与消费大国，每年产生的废旧氢镍和镉镍电池中含有重金属镍、镉等对环境造成极大的污染.面对全球对环保越来越严格的要求，发展绿色能源迫在眉睫.高性能的可充绿色锂离子二次电池，近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，并被逐步开发为电动汽车的动力电源.锂离子电池的性能和成本在很大程度上取决于正极材料，正极材料的比容量每提高50％，电池的功率密度会提高28％，负极材料的比容量每提高50％，电池的功率密度相应的会提高13％。目前锂离子电池负极材料的比容量达到正极材料的两倍，正极材料实际比容量低已经成为制约锂离子电池发展的瓶颈，因此研究锂离子电池正极材料，对于发展和改进锂离子电池具有重要的现实意义。因而正极材料的研制成为关键。

目前研究较多的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等。LiCoO₂成本较高且存在毒性；LiNiO₂存在安全性问题且合成非常困难；LiMn₂O₄的循环性能和高温性能仍需较大改进。而作为新型锂离子电池正极材料的正交晶系橄榄石型LiFePO₄则兼具上述各种材料的优点，特别是铁资源丰富、其价格低廉、热稳定性好、对环境无污染，Fe具有资源丰富、成本低且无毒性等优点，近年来人们对含铁化合物作为锂离子电池正极材料的研究十分关注，LiFePO₄正极材料已经成为研究的热点之一。

然而，LiFePO₄晶体中原子的紧密堆积方式导致了锂离子的扩散系数和离子导电率较低，大电流充、放电性能也较差。因此，如何提高锂离子的扩散系数、离子导电率和改善大电流充、放电性能是LiFePO₄用作锂离子电池正极活性材料实用化亟待解决的问题。人们通过各种方法提高磷酸铁锂的电导率，并取得了重大进展。改进措施主要集中在掺杂和表面改性上包括：

1、往磷酸铁锂中颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒，或者往磷酸铁锂颗粒表面包覆导电碳材料或导电金属，提高材料的电子导电率。

2、往磷酸铁锂中掺入高价杂质的金属离子，如Mg²⁺、Al³⁺、Cr²⁺、Ti⁴⁺等。取代一部分Li⁺或Fe²⁺的位置，从而使磷酸铁锂本征半导体转变成n型或p型半导体，可以将材料的电导率提高8个数量级。

LiFePO₄的理论容量为170mAh/g，其电化学反应在LiFePO₄和FePO₄两相间进行。目前制备LiFePO₄粉体主要的合成方法是固相烧结法，此外，还有水热法、溶胶凝胶法等。其中固相合成法是最成熟的方法，该方法简单方便，易于操作。但固相法反应物通常经干法或者液相中搅拌混合后直接煅烧，各种原材料颗粒以堆积的方式接触，接触不够紧密，各种元素在煅烧过程中很难扩散均匀，以致合成出的磷酸铁锂各个颗粒间的组分相差较大，有效合成率较低，并且成品颗粒不均匀，产品容量偏低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷而提供一种磷酸铁锂各颗粒间的组份相近，颗粒粒度均匀，克容量高的磷酸铁锂的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：本发明包括如下步骤：

一、将锂盐、铁盐、掺杂金属元素、磷酸盐按锂、铁、Mⁿ⁺、磷的摩尔比为1∶X∶(1-X)∶1的比例进行配比，所述的X的范围为0.9-1；

二、将步骤一中的混合物料在混料机中球磨混合，所述球磨混合时的温度为20-50℃，球料比1-3，混料机转速为10-30r/min，干法球磨混合1-10小时；

三、使步骤二中混合后的物料在惰性气体保护下进行预处理，预处理后自然冷却至室温，所述的预处理时温度范围为400-600℃，预处理的时间为8-24小时；

四、向步骤三中加入占磷酸铁锂生成量0.5wt.％-10.0wt.％的导电剂或导电剂前驱物之一；