[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料的制造领域，具体是指一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

新能源的不断开发是人类社会可持续发展的重要基础，随着科技的进步，人们对可移动能源的需求愈来愈强烈，特别是对纯电动交通工具的要求随石油及环境危机的加剧而不断加强。相较于传统的二次电池，锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、自放电率低、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、绿色无污染等独特优势，迅速发展成一种最先进和最重要的二次电池。已成为移动电话、笔记本电脑、摄像机以及便携式测量仪等电子装置小型轻量化的理想电源，也是未来电动汽车用轻型高能动力电池的首选电源。

目前制约纯电动交通工具产业化的瓶颈是：⑴电池价格高使纯电动车价格昂贵；⑵无法解决高能动力电池因所用电极材料导致的安全问题。因此，电动汽车产业化的关键是能否解决价廉、安全、性能优异、环境友好的二次化学电源技术。锂离子电池的正极材料是关键，经过多年研究国际上普遍认为LiFePO₄是高能动力电池的最佳新型正极材料。

与其他锂离子电池正极材料相比，橄榄石型的LiFePO₄具有明显的优势：⑴使用安全；⑵寿命长；⑶比容大 ⑷耐高温；⑸价格低；⑹无记忆效应；                                                绿色环保。磷酸铁锂动力电池与其他二次电池相比，还具有不含铅、镉等有毒有害元素的优点，是一种不污染环境的绿色电池。

目前，制备磷酸铁锂的方法较多，其中常见的有高温固相法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热合成法等。目前制备磷酸铁锂普遍采用高温固相法，其特点是将草酸亚铁、乙酸亚铁或其它含铁化合物，与锂源、磷源及其他添加剂等混合，然后在还原气氛中经过长时间高温（通常长达20～30h）锻烧获得产品。此法合成的磷酸铁锂晶粒较大，平均晶粒大于2μm，材料的电化学性能差，不适宜用于大功率二次电池。申请号为CN200710077034.0的发明专利在高温固相的基础上对磷酸铁锂进行二次造粒，制得复合型的正极材料，改善其电化学性能。水热合成法可以制备微米级甚至是纳米级的磷酸铁锂正极材料，如申请号为CN200710058352.2 的发明专利“一种理离子电池正极材料磷酸铁锂的水热合成法”中，公开了一种制备磷酸铁锂的水热方法，该方法是控制物质的配比为Li：Fe：P摩尔比为3.0～3.15：1：1.0～1.15，开始水热合成反应时， Fe2+浓度计保持0.2～1.0mol/L，然后经过生成物的过滤、洗涤和干燥以及碳包覆处理，得到磷酸铁锂片状颗粒组成的团聚体。该方法的缺点是锂源大量过量，且使用昂贵且不稳定的Fe2＋为铁源，生产成本增高。申请号为CN200710058353.7的发明专利也涉及水热合成法制备磷酸铁锂材料。总的来说，水热法存在反应器需耐高温高压，制备过程不易控制，产品常有杂相伴生，生产难以实现规模化等缺陷。

溶胶凝胶法也能制备电化学性能优良的锂离子电池正极材料磷酸铁锂，如申请号为CN200610037041.3、CN200710145501.9和CN200710055033.6 等专利都采用了该法制备磷酸铁锂电极材料，制备过程大体是先制得正极材料的溶胶前驱体，干燥溶胶，得到正极材料粉末状前驱体，然后进行掺碳、煅烧、研磨等。通常溶胶凝胶法存在前驱体合成周期较长、干燥收缩大、不利于工业化生产等缺陷。

也有一些专利采用其他方法合成磷酸铁锂的，如申请号CN 101339995A将固态原料球磨后制浆，调节进气压力、进料速度和前驱体溶液固含量来控制最终产物的粒度，通过喷雾干燥设备制成类球形粉体，再滚压造粒、预烧，然后进行碳包覆，之后造粒，保温烧结制得磷酸铁锂产品。其实质仍属固相法范畴，所得产品性能很难达到大功率动力电池的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，制备一种同时具有高倍率放电性能和优良循环性能的磷酸铁锂材料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

（a）将可溶性铁盐、锂盐、磷酸、水、以及金属元素掺杂剂配制成溶液； 

（b）将步骤（a）得到的溶液在喷雾干燥机中经过快速雾化干燥成粉末；

（c）将步骤（b）制得的粉末在回转气氛保护炉中进行动态焙烧并冷却得到焙烧料；

（d）将步骤（c）制得的焙烧料、有机介质、以及水制备成稳定的浆料；