[发明专利]壳层磷酸铁锂正极材料的制备工艺方法

说明书

本发明涉及一种磷酸铁锂材料的制备方法，具体地说是一种壳层结构磷酸铁锂正极材料的制备方法。步骤如下：步骤1）通过水热工艺制备碳相微球作为初步球芯结构，将葡萄糖配制成水溶液，置入反应釜内反应，洗涤干燥后制备得到2微米的碳相微球；步骤2）按锂源和磷酸铁按照摩尔比取磷酸铁和锂源混合物，取可溶性碳源和纯水，加入搅拌锅后进行乳化混合，后经微波干燥形成固体粉末；步骤3）优先投入以上1）的碳相微球材料，投料重量占整个计划混合物料总重量的2%‑5%，引入2）中形成的固体粉末，继续球化，监控材料粒径，控制在6‑12微米；步骤4）球化后材料进行氮气保护下高温烧结，烧结后自然冷却并过筛，得到最终壳层磷酸铁锂成品材料。

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂材料的制备方法，具体地说是一种壳层结构磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO4)晶体结构为橄榄石型结构，属斜方晶系，空间群为Pnmb，晶胞大小为：a=0.6008 nm，b=1.0334 nm，c=0.4693 nm。磷酸铁锂正极材料因其具有很好的热稳定性和较高的理论比容量，而被锂电行业技术人员热切关注，即便是在追求高容量密度的当今环境，磷酸铁锂优异的安全性能也仍然是无可替代的。但同时由于磷酸铁锂材料常温下的电子电导率和Li+扩散系数很低，导致其大倍率充放电性能不好，影响了其实际使用范畴，故当前磷酸铁锂材料的制备方法多通过改性包覆、纳米化来提高其导电性，常用的方法如碳包覆、砂磨破碎等就出自该目的。

常规的碳热还原法因其操作相对简易，也早已实现工业化生产，在目前市场追求倍率充放电及能力密度的大环境下，更多的生产企业为解决磷酸铁锂材料本征电导率低的问题，一直向着纳米化的方向发展，这样通常能够通过减小粒径尺寸来缓解材料倍率性能差的问题，但同时也带来了压实密度等参数急剧降低的隐患。除此之外，在纳米化磷酸铁匹配碳热还原进行合成反应时，受限于原材料粒径变化，高温处理的温度略微下调，这对以有机碳源分解、还原反应，甚至残留碳的石墨化和导电性起到了较大的副作用，总体来说是存在很大弊端的，碳源的石墨化程度直接受制于材料合成的温度高低，所以，在纳米化工艺条件下碳源的石墨化程度随着烧结温度的降低也相应降低，从而进一步弱化了成品磷酸铁锂材料的导电性能。因此缓和材料导电性与倍率放电、能量密度间的矛盾日益变得重要，本发明将通过撮合、球化、壳层等技术点对磷酸铁锂材料的加工性能和导电性能进行改善。

发明内容

本发明针对磷酸铁锂正极材料电导率低、倍率放电等问题进行设计，通过碳相微球的“芯”的设计，匹配球化工艺，合成了高导电性的壳层磷酸铁锂正极材料的方法，主要步骤如下：

步骤1）通过水热工艺制备碳相微球作为初步球芯结构，将葡萄糖配制成0.5-1mol/L的水溶液，置入反应釜内180℃-200℃反应4-6小时，洗涤干燥后制备得到分散性良好的2微米的碳相微球；

步骤2）按锂源和磷酸铁按照摩尔比为1.02-1.05:1的比例称取2-10kg总重量的磷酸铁和锂源混合物，按照质量比为1:0.4-0.5的比例称量可溶性碳源和纯水，加入搅拌锅后进行乳化混合2h，后经微波干燥形成固体粉末；

步骤3）在融合球化设备中，优先投入以上1）的碳相微球材料，投料重量占整个计划混合物料总重量的2%-5%；在将碳相微球材料球化10-30min后，引入2）中形成的固体粉末，继续球化1-2h，过程监控材料粒径，控制在6-12微米，达到要求后停止球化操作；

步骤4）将球化后材料进行氮气保护下高温烧结，温度设置700℃-750℃，时间4-6小时，烧结后自然冷却并过筛，得到最终壳层磷酸铁锂成品材料。

作为优选，融合球化操作需要全程在氮气氛围下进行；

作为优选，步骤2）中提到的可溶性碳源为葡萄糖或者蔗糖；

作为优选，该壳层芯部结构为碳相微球，质量比重为占整个计划混合物料总重量的2%-5%；计划混合物料是指磷酸铁、锂源、碳源和碳相微球所有固体物料的总和；