[发明专利]一种制备低温用纳米磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米磷酸铁锂的方法，尤其是涉及一种制备低温用纳米磷酸铁锂的方法。

背景技术

磷酸铁锂正极材料，作为目前最具有前景的新一代锂离子动力电池正极材料，首先是由Goodenough小组在1997年发现的。该材料具有稳定的由FePO₄形成的橄榄石结构骨架，锂离子可以从b轴方向自由脱出嵌入，过程中不会发生很大的晶格畸变，故是一种理想的磷酸铁锂正极材料。LiFePO₄具有170mAh/g的高理论比容量，550Wh/Kg的高能量密度，循环稳定性好，环境友好，成本低，被广泛看好，并投入大量研究。

但是，磷酸铁锂的缺陷导致它至今还不能大规模应用，具体体现在：（1）本征电导率低，难以大倍率充放电，延长了充电时间；（2）本征离子扩散速率低，严重影响了材料的倍率性能；（3）低温性能差，较锰酸锂等商品化电池正极材料相比，磷酸铁锂-40℃只能保持常温容量的15%，远低于其他正极材料。

为了使磷酸铁锂尽快投入使用，目前的研究主要几种在改善常温的导电率和离子扩散方面。（1）通过碳包覆和金属离子掺杂，大大提高了材料的电导率，使其可以在1C电流充电（1小时充满）；（2）通过制备纳米磷酸铁锂，缩短了锂离子扩散路径，改善了锂离子的传输通道。

低温问题一直是锂离子二次电池的重要研究课题，相比其他正极材料，磷酸铁锂的低温问题更为突出，而这方面目前没有很好的办法解决，目前商品化的材料-40℃容量只能保持常温的15%。而磷酸铁锂作为目前唯一可以使用的动力电池正极材料，而动力电池使用中必然会遇到低温工作，故低温是一个亟待解决的难题。目前出现的发明专利（申请号：201210065013.8）中所提到的制备方法，包括两步高能超细磨和两步碳源处理，但是处理结果较为繁琐，高温处理的温度和时间较长，

发明内容

本发明为解决目前存在的技术问题，提供了一种低温用的磷酸铁锂正极材料的制备方法，所得到的磷酸铁锂正极材料粒径小d₅₀≤60nm，粒度分布均匀，纯度高，具有比常规商业磷酸铁锂更优的常温倍率性能和循环性能。-40℃容量保持率达到常温的60%以上。

本发明所采用的技术方案如下：

一种制备低温用纳米磷酸铁锂的方法，步骤包括：

1）原料锂源、铁源和磷酸源按照元素摩尔比Li:Fe:P=1:1:1进行配比，并加入金属掺杂源，以丙酮作为介质进行球磨，球磨后样品在70-90℃的真空环境保温10-14小时使样品充分干燥；

2）干燥后的样品进行研磨、造粒，在惰性气体中250-400℃保温1-5小时，磷酸铁锂成核结晶，随后冷却；

3）结晶的磷酸铁锂与葡萄糖混合，以丙酮作为介质进行球磨，球磨后样品在在70-90℃的真空环境保温10-14小时使样品充分干燥；

4）干燥后的样品，研磨，在惰性气体中600-800℃原位石墨化包碳2-4小时，冷却至室温即得低温用纳米磷酸铁锂。

所述的锂源选自Li₂CO₃或LiH₂PO₄的一种。

所述的铁源选自FeC₂O₄或Fe₂O₃的一种。

所述的金属掺杂源MnAc₂，ZnAc₂或NiAc₂的一种。

所述的金属掺杂源加入摩尔比例为铁源摩尔数的0-15%。

述的步骤1）和3）中的球磨过程，其中球磨球料与物料的质量比例为12-17:1，球磨转速为200-300r/min，球磨3-14小时。

所述的步骤2）和4）的升温速率是5-20℃/min，所述的惰性气体为氩气。

所述的步骤3）中的葡萄糖的加入配比为结晶磷酸铁锂质量的5～8%，最佳的加入配比为7%。

本发明的优点和效果如下：

1）本发明中通过两次球磨，有效地降低了颗粒的粒度，改善了有效的反应面积。