[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂电池材料的制备方法，公开了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法包含以下步骤：1）浆料制备：将铁盐、磷盐加入碱溶液中，加热反应，得到磷铁化合物浆料；2）湿法球磨：在浆料中加入掺杂改性剂、碳源和锂盐，湿法球磨至粒度为50‑150nm；3）喷雾造粒：将球磨后的浆料喷雾造粒，得球形前驱体；4）高温烧结：将球形前驱体在惰性气氛下烧结，降温至室温后得到磷酸铁锂正极材料。本发明制备工艺简单，耗能较低，所得磷酸铁锂正极材料粒径较小，并且分布均匀，碳包覆效果好，压实密度高，克容量高，用该材料制备得到的锂离子电池性能较好，具有高性价比，是一种适于实际生产应用的磷酸铁锂正极材料。

技术领域

本发明涉及锂电池材料的制备方法，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

随着世界石油资源的逐渐消耗，锂离子电池的研究与发展越来越受到人们的重视，锂离子电池的性能主要取决于其正、负极材料，磷酸铁锂是一种锂离子电池的正极材料，其安全性能与循环寿命都是其他电池材料无法比拟的，满足了电动车频繁充放电的需要，而且以磷酸铁锂为正极材料的大容量锂离子电池更易串联使用，可为电动车提供更高的动力。另外，磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜、寿命长等优点，是锂离子电池的理想正极材料。但是，磷酸铁锂电子导电率低，离子扩散慢，所以磷酸铁锂材料必须通过炭包覆与纳米化才能提升材料的性能。

申请号为201710749469.9的中国专利公开了一种磷酸铁锂的纳米化改性方法及其制备的纳米化改性磷酸铁锂和锂离子电池，直接将磷酸铁锂原料和碳源混合球磨得纳米粒径的磷酸铁锂，采用此方法不仅对球磨设备要求较高，配件损耗非常大且能耗高，生产效率低下，制作成本高。同时材料粒径分布差、压实密度低，克容量低，导致材料没有性价比优势。

申请号为20101029722.6的中国专利公开了一种磷酸铁锂材料的制备方法，通过共沉淀法得到纳米级的磷酸铁锂颗粒，再通过喷雾干燥烧结得到锂离子电池正极材料，但是该方法形成的纳米级磷酸铁锂材料成分分布不均匀，粒径分布差，且需经过多次洗涤脱水干燥，耗能很大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过分步反应、反应液直接球磨、喷雾造粒和烧结的方式制备，耗能较低，产品粒径分布好，是一种高性价比的磷酸铁锂正极材料。

本发明的具体技术方案为：所述方法包含以下步骤：

1）浆料制备：将铁盐、磷盐加入碱溶液中，加热反应，得到磷铁化合物浆料；

2）湿法球磨：在浆料中加入掺杂改性剂、碳源和锂盐，湿法球磨至粒度为50-150nm；

3）喷雾造粒：将球磨后的浆料喷雾造粒，得球形前驱体；

4）高温烧结：将球形前驱体在惰性气氛下烧结，降温至室温后得到磷酸铁锂正极材料。

如果将铁盐、磷盐和锂盐三者直接共沉淀，必然导致材料的不均匀性，本发明先将铁盐和磷盐反应，成化结晶形成磷铁化合物，再与锂盐和碳源反应，在反应液体系中直接湿法球磨至纳米级，不仅能够保证铁、磷、锂的均匀分布，研磨也能让碳包覆效果更好；另外，反应、研磨后所得浆料直接喷雾造粒，无需多次清洗、脱水，而现有磷酸铁锂材料的制备过程中，需要先多次水洗，再脱水，加入碳源的同时又再次引入水，然后再次脱水，一方面主要能耗损失就在脱水这一步，而采用本发明的方案，能耗能够减少30%，另一方面，避免了干燥脱水后再次分散的过程，分散效果好，不易团聚，所得球形前驱体的粒径更小更均匀。

作为优选，所述步骤1）中铁盐和磷盐的Fe：P摩尔比为1:1-1.2。

作为优选，所述步骤1）中铁盐为醋酸亚铁、硝酸亚铁或七水硫酸亚铁，磷盐为磷酸二氢锂、磷酸二氢铵或磷酸三铵，碱溶液为氨水。