[发明专利]一种磷铁制取磷酸铁锂电池材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种磷酸铁锂电池正极材料的生产工艺方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)，由于价格低廉、稳定性好、无毒、循环性能好和安全性能好等优点，被认为是下一代锂离子电池最有前途的正极材料。磷酸铁锂正极材料在锂离子电池上的应用，可以有效打破现有锂离子电池的安全性差、保护措施复杂、难以大型化以及成本过高等因素对大电源、电动汽车等产业链的制约。

国内外现有生产磷酸铁锂正极材料的方法如下：

1.高温固相法：以亚铁盐(草酸亚铁，醋酸铁，磷酸亚铁等)、磷酸盐(磷酸氢二铵，磷酸二氢铵)，锂盐(碳酸锂，氢氧化锂，醋酸锂及磷酸锂等)为原料，按LiFePO₄分子式的原子比进行配料，在保护气氛(氮气、氩气或它们与氢气的混合气体)中一步、二步或三步加热，冷却后可得LiFePO₄粉体材料。该方法主要存在煅烧过程需要气体保护，有氨氮化合物废气产生，产物振实密度差，导电效率差的不足。

2.水热合成法：庄大高等将LiOH、FeSO₄和H₃PO₄溶于去离子水，搅拌使其充分反应后，放入密闭反应釜中，在150℃下加热15h后得到纯度高、结晶好的纳米LiFePO₄，其粒度为800nm，经550℃下聚丙烯裂解碳包覆处理后的LiFePO₄/C复合材料。该方法主要存在制备的产物结构中常常存在着铁的错位，生成了亚稳态的FePO4，影响了产物的化学及电化学性能；同时也存在粒径不均匀、物相不纯净、设备投资大(耐高温高压反应器的设计制造难度大，造价也高)、工艺较复杂、产品成本高的缺点；只限于少量粉体的制备，工业化生产的困难较大的不足。

3.沉淀法：K.S.Park等将(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O和H₃PO₄的水溶液加入到LiOH的水溶液中，在氮气流下搅拌10min后形成绿色沉淀，将沉淀洗涤干燥后与高表面积炭黑混合，再在氮气保护下于600℃煅烧5h后合成了最终产物LiFePO₄/C复合材料。此方法存在不同原料要求具有相似的水解或沉淀条件而限制了原料的选择范围，影响了其实际应用；而且增加了产品的成本和生产工艺的复杂程度，过程产生大量的废水、废气需要处理。

目前，磷酸铁锂还没有大范围得到应用，主要由于技术方面的倍率性能较差、产品一致性不够好、低温性能不理想等问题，，国外专利的限制以及生产成本过高等影响。磷酸铁锂材料的产业化基本上处于起步阶段，磷酸铁锂作为动力电池的正极材料的研究以及产业化过程还需要继续深入。

本明发明的目的在于着力解决当前锂离子电池发展中存在的Fe²⁺容易被氧化成Fe³⁺、重放电过程中的严重团聚所造成的不可逆容量损失、确保不同生产批次的质量稳定性、提高磷酸铁锂电池的振实密度、提高导电效率等问题，进一步简化磷酸铁锂的生产工艺、适应工业化、大批量、连续化并最大限度降低生产成本，将对锂离子动力电池的应用有着巨大的推进作用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种磷铁制取磷酸铁锂电池电极材料的方法。本明发明的目的在于：着力解决当前锂离子电池发展中存在的Fe²⁺容易被氧化成Fe³⁺、重放电过程中的严重团聚所造成的不可逆容量损失、确保不同生产批次的质量稳定性、提高磷酸铁锂电池电极材料的振实密度、提高导电效率，简化磷酸铁锂的生产工艺、适应工业化、大批量、连续化生产的需求并最大限度降低生产成本等问题。