[发明专利]一种熔融法制备橄榄石结构电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种熔融法制备橄榄石结构电极材料的方法，涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，该电极材料的化学式为LiMXO4，其中M为过渡金属元素，X为可以与氧形成稳定XO4四面体结构的非金属元素，依次包括以下步骤：1)配合料的制备：称量含Li、M及X元素的单质或化合物，并充分混合均匀成配合料；2)熔液的制备：将上述配合料加入坩埚或窑炉中，在保护气环境中熔制成均匀的熔液；3)将上述熔液快速冷却成粉体，加入碳源烧结并粉碎。该方法制备的橄榄石结构电极材料颗粒小、一致性好、导电率高，且工艺简单、成本低廉，可以大批量连续生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种熔融法制备橄榄石结构电极材料的方法。

背景技术

橄榄石结构电极材料是一种安全性高、环境友好且原料价格相对低廉的锂离子电池正极材料。然而它们的电导率及锂离子扩散速度低，改善方法主要有纳米化、碳包覆及掺杂。现有技术中纳米橄榄石结构电极材料的制备方法主要分为固相法、液相法或固液共用法。固相法主要通过球磨或砂磨得到原料的混合物后烧结，该方法不同的原料以固体颗粒形态混合，难于混合均匀使得不同区域材料的配比不同，且制备的电极材料一次粒径较大，通常达500～5000nm，不利于锂离子传导。此外，为了确保反应的充分和有效，原料需要进行充分的细磨，并烧结20小时以上。液相法主要包括共沉淀法、水热、溶剂热等，一般为间歇式生产，例如水热和溶剂热以反应釜为单元生产，单釜产能小，产品的均匀性及批次的稳定性难于控制，且不能连续化生产。固液共用法主要采用液相法制备前驱体，再用固相法制备成品，该方法不同原料以固体颗粒形式混合，存在均匀性及连续化生产的问题。此外目前市场主流产品颗粒的一次粒径大，导电率低。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种熔融法制备橄榄石结构电极材料的方法，原料以流体的形式均匀混合，制备的电极材料均匀性及导电率高，一次粒径小，且能够大批量连续生产。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种熔融法制备橄榄石结构电极材料的方法，该电极材料的化学式为LiMXO4，其中M为过渡金属元素，X为可以与氧形成稳定XO4四面体结构的非金属元素，依次包括以下步骤：

1)配合料的制备：精准称量含Li、M及X等元素的单质或化合物，并充分混合均匀成配合料；

2)熔液的制备：将上述配合料加入坩埚或窑炉中，在保护气环境中熔制成均匀的熔液；

3)将上述熔液快速冷却成粉体，加入碳源烧结并粉碎。

作为选择，M为Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种，X为非金属元素。作为进一步选择，X为P。

作为选择，配置配合料时，Li：M：X的摩尔比为(0.9～1.5)：(0.8～1.4)：(0.8～1.5)。

作为选择，为了进一步提高电极材料的导电率，可以在配合料中加入无机碳源，包括但不限于石墨、石墨烯等，同时省略后续加入碳源工序。

作为选择，在保护气下熔制和烧结的温度分别为1300～1550℃和650～800℃。

本发明的熔融法由于各原料以流体的形式共存，得到充分均匀的混合，提高了产品的均匀性。此外流体的形式使得产品可以连续化生产，缩短了制备时间。制备的产品粒径小，导电率高。

本发明与现有技术的关键区别在于：

1、本发明中电极材料的原料以熔融态混合在一起，各种元素以离子态均匀分布，使得最后电极材料的均匀性相比现有技术显著提高；

2、本发明中的碳源可以在原料中加入，后续工艺中可以不用添加碳源，减少了工序；