[发明专利]一种共聚反应制备类球形磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及利用共聚反应制备一种类球形锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

能源是与人类社会的生存与发展休戚相关，随着社会的发展世界能源消耗的总趋势保持正增长。但地球的矿物资源煤石油天然气等有限并且矿物燃料燃烧对生态环境造成严重的污染破坏危及人类的生存。因此对新能源与新的储存装置的研究就显得十分重要。锂离子电池作为化学电池的一种，具有工作电压高，能量密度大、循环寿命长等优点。目前已广泛应用于手机、笔记本、摄像机等电子产品中，其技术日趋成熟。近几年来在动力电池和储能电池方面都表现出良好的发展前景。

目前已经得到大规模商品化的锂离子电池正极材料主要是LiCoO₂，这种材料具有电化学性能稳定、易于合成等优点。但由于Co的资源贫乏，价格较高，LiCoO₂安全性与耐过充性差，实际可利用比容量只有理论比容量的一半，因此以LiCoO₂为正极材料的锂离子电池难以进一步降低生产成本和提高电化学性能，这将成为高性能与大容量锂离子电池生产和推广的重要制约因素，尤其是目前世界各国都加大了对电动汽车电池的研发力度，所以寻找新型的正极材料就显得尤为重要。

在新型正极材料的研究中，镍酸锂(LiNiO₂)、尖晶石锰酸锂（LiMn₂O₄）、三元、LiFePO₄等材料都得到了广泛的研究。LiNiO₂ 具有自放电率低、高温稳定、而且价格便宜、没有环境污染等优点，但材料稳定性差，合成条件苛刻不利于大规模应用。LiMn2O4 价格低廉，对环境友好，相对于LiCoO2 来说，具有更高的安全性，但在充放电循环过程中容量衰减较快，高温下尤其明显。三元具有比容

量大、循环性能好，安全性能高和工作电压平台高等优势，但材料循环性能较差有待进一步的提升。这几种类型的材料都很难满足容量需求日益增加的电子产品，尤其是即将得到大规模发展的动力电池。

LiFePO4具有可逆储锂的性能，放电平台在3.4 V，理论容量为170 mAh/g,实际容量接近130 mAh/g。另外，通过研究发现该材料具有很好的热稳定性和安全性能，加上Fe元素资源丰富、成本低、无毒性，所以LiFePO4 成为一种非常有潜力的锂离子二次电池正极材料。但是，LiFePO4 材料本身也具有导电性较差和振实密度较低两大缺陷。导电性较差导致材料不能大电流下充放电，限制了在动力电池方向的实际应用。振实密度较低 导致材料极片脆性大，加工比较困难。

实际研究表明合成具有球形形貌的LiFePO4是提高材料振实密度的有效途径之一。在申请号200910080855.9一种均分散球形磷酸铁锂的制备方法中，将0.01-3mol/L的铁源水溶液、金属盐溶液、磷源溶液通过调剂pH值，在密闭容器中35-90^oC恒温反应0.5-48小时，可以得到均分散的球形产物，最后通过与锂源、碳源均匀混合高温烧结，可以得到100-200nm，振实密度1.6-2.0g/cm^-3的球形磷酸铁锂。申请号200810117702.2采用氧化控制结晶—碳热还原制备球形磷酸铁锂的制备方法中，将二价铁盐与磷酸、氨水、和氧化剂反应，通过氧化控制结晶过程合成磷酸铁前驱体，再通过碳热还原得到粒径为6-8um，室温下0.5C首次放电比容量可达145-150mAh/g的球形磷酸铁锂。申请号200610065212.3高密度球形磷酸铁锂的制备方法中将硫酸亚铁、磷源、还原剂混合，通过调剂pH值在20-80^oC的反应器中反应得到球形磷酸亚铁铵前驱体，最后碳热还原得到5-10um，振实密度2.0-2.3g/cm^-3的球形磷酸铁锂。申请号200410103485.3锂离子电池正极材料高密度球形磷酸铁锂的制备方法中将三价铁盐、磷盐、碱水溶液反应生成球形磷酸铁前驱体，再经过碳热还原得到粒径7-12um，振实密度2.0-2.2g/cm^-3的球形磷酸铁锂。