[发明专利]一种工业化的磷酸铁锂制造方法及其制备的磷酸铁锂复合材料

说明书

本发明公开了一种工业化的磷酸铁锂的制备方法以及由其制备的磷酸铁锂，该方法包括水溶液准备、磷酸亚铁制备、磷酸铁制备以及磷酸铁锂制备等步骤而得到磷酸铁锂成品，该方法通过在预先制备特制的混酸水溶液中加中铁粒子而得到磷酸亚铁溶液，并在此基础上进一步经氧化、反应、烧结等步骤处理而最终得到磷酸铁成品；该方法的重点在于在反应过程中，各步反应过程中添加相应的分散剂和纳米粒子控制剂，从而对于各中间产物的形貌进行控制进而影响最终成品的形貌和性能。本发明的磷酸铁锂具有振实密度高、填充性好、单位体积的能量密度高，Fe³⁺相含量低、杂质少，充放电循环特性提高，并且工艺环保，无废水废气，节约能源等优点。

技术领域

本发明属于新能源电池材料技术领域，具体涉及一种工业化的磷酸铁锂的制造方法及其制备的磷酸铁锂。

背景技术

磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO₄(A为碱金属，M为Co、Fe两者之组合，例如：LiFeCoPO₄)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，也接着报导了LiFePO₄的可逆性地迁入脱出锂的特性。美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO₄),使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn₂O₄和层状结构的LiCoO₂相比，LiMPO₄的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。

LiFePO₄为坚固的磷酸四面体骨架，在晶体结构中存在的P-O键，即使反复进行充放电反应，结晶结构也非常稳定。例如，即使材料达到400℃时，也不会放出氧气，极大的提高了电池的安全性，是长期稳定和快速充电的活性物质；同时它来源广泛、毒性低、安全性高，因而成为电动汽车用最重要的正极活性材料。但是磷酸铁锂也存在如下的不足：导电性差、振实密度低、性能不稳定、产品一致性差，以及制备工艺不环保，易产生废气、需要大量的冲洗水、能耗高。虽然，目前磷酸铁锂已经进行了深入研究，性能获得很大的提高，但是，在磷酸铁锂纳米控制，导电性能、振实密度，克容重，稳定性方面仍然不是十分理想，因此，性能需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电性能高、振实密度大、克容重(量)高、性能稳定的磷酸铁锂的制造方法及其制备的磷酸铁锂。

为了达到上述目的，本发明所采用的方案是：

一种可工业化大规模推广的磷酸铁锂的制备方法，该方法包括以下步骤：

水溶液准备的步骤(简称预备工序)：准备含有浓度为30wt％无机混酸与10wt％含有机酸的水溶液；无机混酸优选是磷酸与硫酸的混合物，更具体地说是85wt％磷酸与98wt％浓硫酸的混合物，并且其混合的质量比最佳为10:1。有机酸须具备以下功能：除了具有与铁离子配位络合、控制铁离子的稳定性以及控制溶液pH的作用外，还具有控制调节磷源比例作用，也具有在磷酸铁合成中降低成核能的作用。

更佳地，所述第一反应液所述的有机酸的特征是，具有0.1wt％以上的残磷率；最佳地，第一反应液所述的有机酸的特征是，还具有0.1wt％以上的残碳率。

制备磷酸亚铁的步骤(简称第一工序)：向所述预备好的水溶液中加入占溶液15wt％的纯铁粒子，所述的水溶液的温度控制在60-90℃，使所述的溶液与铁粒子反应，反应时间控制在5-10小时，然后高磁过滤，去掉未反应的铁，得到第一反应液，第一反应液作为第二道工序的原料物质，其主要有效成分为磷酸亚铁。