[发明专利]一种高振实密度的磷酸铁锂复合材料、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料制备技术领域，涉及一种磷酸铁锂复合材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种高振实密度的磷酸铁锂复合材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。

背景技术

随着人们环保意识的增强，新能源汽车越来越受到人们的关注，而作为新能源汽车的重要零部件的动力锂离子电池的性能优化尤为重要和关键。磷酸铁锂以其充放电效率高、循环稳定性好、安全性高且环境友好等优点而倍受重视，得到广泛研究和应用，但由于其电导率低且振实密度小，又极大地限制该零污染正极材料应用。

但是磷酸铁锂相比于其他电池材料也存在如下缺点，主要表现在两个方面：导电性差，振实密度较低。针对导电性差的问题，目前主要的解决方案是进行金属离子掺杂以及碳包覆，但是在解决导电性差的问题的同时又存在着包覆结构稳定性差、包覆层易脱落的问题，有些方法在提升导电性时甚至还会导致振实密度的进一步降低，比如通过固相反应手段来制备碳包覆磷酸铁锂的过程中，大多涉及到碳包覆或者碳热还原技术，由于碳材料在反应过程中对磷酸铁锂晶粒的长大起到阻碍作用，同时有机物的热解碳大多具有疏松多孔的形态，这两种作用都一定程度上降低了磷酸铁锂振实密度。

CN 103618083A公开了一种高容量高压实磷酸铁锂正极材料的生产方法，包括：使用高速混合机进行生料混合；一次压片、烧结；二次压片、烧结；三次压片、烧结；烧结后混合等步骤，该方法中涉及到多次机械粉碎机粉碎、球磨以及高压下压片的过程，操作繁琐，且得到的产品的压实密度、容量和循环性能仍有待进一步提高。

综上可知，采用现有技术的方法制备得到的磷酸铁锂存在着压实密度相对较低的问题，而且，在提升比容量和循环性能上的效果也有待进一步提高，以满足实际应用的需求。

因而，有必要提供一种在碳包覆提升导电性的同时又能提升振实密度的磷酸铁锂复合材料的制备方法，从而得到比容量和循环性能俱佳的锂离子电池材料以满足实际的应用需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种高振实密度的磷酸铁锂复合材料、其制备方法及用途。本发明的磷酸铁锂复合材料的振实密度高，在1.95～2g/cm³；采用所述磷酸铁锂复合材料制成的极片压实密度在3～3.05g/cm³。采用该极片制成钮扣电池CR2016的比容量高且循环性能优异。

本发明所述“高振实密度的磷酸铁锂复合材料”中的“高振实密度”指：振实密度在1.95～2g/cm³。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高振实密度的磷酸铁锂复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将磷源、铁源、锂源和溶剂混合并湿法球磨，固含量控制在15～20wt％，然后对浆料进行干燥处理，再与蔗糖和/或葡萄糖混合并砂磨，砂磨至粒度D50＝0.2～0.3μm，得到混合粉体备用；

(2)在氮气保护气氛下对步骤(1)的混合粉体进行预烧结，得到磷酸铁锂前驱体；

(3)将步骤(2)得到的磷酸铁锂前驱体加入到亚硫酸锂和抗坏血酸锂的混合溶液中，固含量控制在30～40wt％，浸泡并搅拌，然后进行喷雾干燥，得到球形粉末；

(4)将步骤(3)的球形粉末与乙炔黑混合并干法球磨，干法球磨至粒度D50＝1～3μm；

(5)对步骤(4)得到的混合粉末进行烧结，得到磷酸铁锂复合材料。

本发明的方法中，步骤(1)控制湿法球磨中浆料的固含量在15～20wt％，例如15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、18.5wt％、19wt％或20wt％等。

本发明的方法中，步骤(1)砂磨至粒度D50＝0.2～0.3μm，例如0.2μm、0.22μm、0.23μm、0.25μm、0.26μm、0.27μm、0.28μm或0.3μm等。此粒度控制与特定的碳源种类选择是密切相关的，此粒径范围内能够使蔗糖和/或葡萄糖的包覆效果更佳，也有利于提升复合材料稳定性以及更好地发挥亚硫酸锂和抗坏血酸锂的补锂作用，实现包覆稳定性好且比容量和循环性能俱佳的效果。

本发明的方法中，步骤(3)将磷酸铁锂前驱体与混合溶液混合时控制固含量在30～40wt％，例如30wt％、32wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％或40wt％等。在此固含量范围内，不仅可以使磷酸铁锂前驱体获得最佳的补锂成分浸入效果(浸入补成分过多会降低导电性和循环性能，过少会降低振实密度)，还可以提高后续喷雾干燥产物的密实度。