[发明专利]锂电池正极材料磷酸铁锂前驱体碳酸亚铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池，具体的说是锂电池正极材料磷酸铁锂前驱体碳酸亚铁 的制备方法。

背景技术

自20世纪90年代发现橄榄石型LiFePO₄能用来作为锂离子电池正极材料以 来，LiFePO4因其原料价格低廉、环境友好、比容量高、可逆性好、安全性好等 一系列优点，使得其在各种可移动电源领域，特别是电动车所需的大型动力电 源领域有着极大的市场前景，被认为是最具开发和应用潜力的下一代锂离子电 池正极材料。但是由于室温下LiFePO₄电子电导率和离子扩散率低，在脱锂后形 成LiFePO₄/FePO₄两相结构，更加不利于Li⁺离子和电子的扩散，限制了大电流 放电性能；且产业化制备磷酸铁锂通过固相法需要采用廉价的三价铁作为铁源， 故合成磷酸铁制备磷酸铁锂产业化的前提，而合成磷酸铁的现有方法为采用磷 源和铁源混合产生沉淀后对产物进行洗涤抽滤，产物中杂质离子较和水分含量 较大，且铁磷配比不准确，产生大量废水，造成环境影响，且产物的颗粒大小 不均、结晶度差，导致磷酸铁锂的颗粒大小不均，性能差异大，批次稳定性不 好，这些都使得磷酸铁锂商业化应用受到阻碍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有中空的疏松多孔薄壁的正方 体结构、一次晶粒小的锂电池正极材料磷酸铁锂前驱体碳酸亚铁的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：锂电池正极材料磷酸 铁锂前驱体碳酸亚铁的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将二价铁盐溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液 A；将可溶性碳酸盐溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液B； 将还原剂溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液C；将成膜粘 结剂溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液D；

步骤2、将步骤1所得溶液A、溶液B、溶液C、溶液D按各溶液中溶质的 物质的量之比A∶B∶C∶D＝0.98～1.02∶1.0～1.08∶0.2～1.0∶0.2～1.0在20～30℃ 条件下混合并以10～200RPM的转速搅拌10～60min，并用氨水调节其pH值为 2～5，得溶液E；

步骤3、将步骤2所得溶液E以90～150℃温度在1～10bar压强下进行水热 反应3～24h后，将产物过滤、水洗后得到碳酸亚铁沉淀，即为锂电池正极材料 磷酸铁锂前驱体碳酸亚铁。

本发明的有益效果在于：将可溶性二价铁盐、可溶性碳酸盐、还原剂和成 膜粘结剂的水溶液按一定比例混合，进行水热反应后制得的锂电池正极材料磷 酸铁锂前驱体碳酸亚铁具有中空的疏松多孔薄壁的正方体状，一次晶粒小(约 10～50nm)，从而从材料颗粒度和空间结构上解决材料离子扩散路程长和路线单 一导致的速度低和极化的问题；在低压低温情况下制备出一次晶粒小且均匀的 疏松多孔的中空状的薄壁正方体盒子结构碳酸亚铁作为磷酸铁锂的铁源前驱 体，该前驱体煅烧出的产物磷酸铁锂品质均匀、形貌好、粒子小，具有疏松多 孔的纳米结构，且该磷酸铁锂作为正极材料的电池容量和安全方面性能优良， 磷酸铁锂一次颗粒呈椭球形，平均粒径在50～100nm，二次颗粒为中空的疏松多 孔结构的薄壁状立方体盒子，且一次颗粒表面包覆碳膜。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予 以说明。

本发明最关键的构思在于：通过水热法制备磷酸铁锂的铁源前驱体碳酸亚 铁，该前驱体为中空的疏松多孔薄壁的正方体状，一次晶粒约10～50nm，为制 备纳米级磷酸铁锂材料提供成核基础。

本发明提供一种锂电池正极材料磷酸铁锂前驱体碳酸亚铁的制备方法，包 括如下步骤：

步骤1、将二价铁盐溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液 A；将可溶性碳酸盐溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液B； 将还原剂溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液C；将成膜粘 结剂溶于水，配制成溶质的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L的溶液D；