[发明专利]一种用包合工艺制备磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学合成材料领域，具体地讲涉及一种用包合工艺制备高品质锂离子二次电池正极材料磷酸铁锂晶体的方法。

背景技术

自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO₄(A为碱金属，M为CoFe两者之组合：LiFeCOPO₄)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，报导了LiFePO₄的橄榄石结构(LiMPO₄)，欧洲人也发现了天然橄榄石结构的LiFePO₄。LiFePO₄也被发现具有已经商业化二次电池材料如钴酸锂，镍酸锂，三元等材料无法比拟的优越性能。该材料具备原材料来源广泛、价格低廉、无记忆效应，循环寿命长，安全性能好，高温性能好，不含重金属，无环境污染等一系列优点。

尽管LiFePO₄有诸多优点，但也存在着缺陷，材料自身导电性能不佳，导致低温性能和高倍率放电性能差等，应这些问题的存在也引发了各国科学家的大力研究。为了改变材料的导电性能，美国人提出了碳包覆改变材料导电性的方法。然而磷酸铁锂分子如此之小，纳米级别的分子，如何包覆均匀，而不是包了的包的很厚，没包覆到的部分材料导电性能依然不好，影响材料整体性能的发挥。

发明内容

本发明通过对合成工艺的精细化研究，发明一种用包合工艺制备磷酸铁锂的方法，该方法制备的磷酸铁锂晶体材料，包覆均匀，电化学性能好，批次稳定一致，倍率放电性能好，加工性能好，能够胜任动力电池对正极材料的较高要求。

本发明提供一种用包合工艺制备磷酸铁锂的方法，其特征是包括以下步骤：

①将可溶性磷源化合物、铁源化合物、锂源化合物和包合物，按摩尔比1∶1∶2～3.6∶1称量，然后过饱和溶解在去离子水或蒸馏水中，分别形成磷源化合物溶液、铁源化合物溶液、锂源化合物溶液、包合物溶液；

②将所述磷源化合物溶液加入高压釜，使高压釜升温至50-110℃，然后缓慢向高压釜内加入所述铁源化合物溶液，向高压釜内通入惰性气体，接着缓慢向高压釜内加入锂源化合物溶液，最后缓慢向高压釜内加入包合物溶液，然后密封高压釜，设定高压釜内温度以1-10℃/min的速率升温至120-260℃，设定高压釜压力在0.2-4.7MPa，开始进行包合过程，整个包合过程都进行不停地分散搅拌，整个包合过程持续4-15小时，包合过程完毕，设定高压釜内温度以1-20℃/min的速率降温至常温，再将高压釜内容物进行固液分离，将分离出的固体进行洗涤后，再低温或真空干燥，获得磷酸铁锂包合物晶体。

进一步地，将获得的磷酸铁锂包合物晶体加入惰性气氛保护或真空炉中，进行高温碳化退火，碳化退火温度控制在600—800℃，恒温时间控制在4—6小时之间。

进一步地，所述包合物为β-环糊精或对苯二酚。

进一步地，所述可溶性磷源化合物为磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂，所述可溶性铁源化合物为七水合硫酸亚铁、四水合氯化亚铁、乙酸亚铁，所述可溶性锂源化合物为一水合氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂、磷酸二氢锂、乙酸锂和磷酸氢二锂。

本发明有效的解决了包覆不均匀、不严实的问题，达到分子级的包合碳化。有效的解决了磷酸铁锂在合成过程中分子团聚的问题，细化了二次亚晶尺寸。该工艺合成的磷酸铁锂材料具有很好的纳米粒度分布，平均粒度小于1um。同时具有很好的导电性能，表面碳包覆完整均匀，性能稳定，克容量高达163mAH。方法简单易行，便于大规模生产。

附图说明

图1为本发明所制备的磷酸铁锂材料的克容量测试图；

图2为本发明所制备的磷酸铁锂材料的倍率测试图；

图3为本发明所制备的磷酸铁锂材料的循环性能测试图；

图4为本发明所制备的磷酸铁锂材料的粒度分布图；

图5为本发明所制备的磷酸铁锂材料的XRD 图。

具体实施方式

实施例一：

本发明提供一种用包合工艺制备磷酸铁锂的方法，其特征是包括以下步骤：

①将可溶性磷源化合物、铁源化合物、锂源化合物和包合物，按摩尔比1∶1∶2～3.6∶1称量，然后过饱和溶解在去离子水或蒸馏水中，分别形成磷源化合物溶液、铁源化合物溶液、锂源化合物溶液、包合物溶液；