[发明专利]碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法

说明书

本发明提供一种碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法，包括制浆分散步骤、加锂步骤、研磨步骤、干燥造粒步骤及烧结步骤。制浆分散步骤包括将羟基氧化铁、无机强酸、磷酸及碳源加入到溶剂中混合成浆料并分散，反应1h‑20h，碳源的加入量以使碳包覆磷酸铁锂材料中碳的质量百分数1％‑7％计；加锂步骤包括将锂源加入到分散的浆料中；研磨步骤包括研磨加锂步骤后的浆料，研磨0.5h‑10h；干燥造粒步骤包括将浆料通过喷雾干燥的方法进行干燥、造粒得到粉料；及烧结步骤包括将粉料在惰性气体中烧结，得到碳包覆磷酸铁锂材料。

技术领域

本发明涉及锂离子正极材料技术领域，尤其是一种碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、比容量高、自放电小、循环性好、使用寿命长、重量轻、体积小等突出优点而成为移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备的优选电源。近年来，随着环境问题的日趋严重，锂离子电池在电动汽车、混合动力汽车等低尾气排放的交通工具上的应用越来越受关注，这对锂离子电池的安全性、功率及寿命提出了更高的要求。

作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料的研究一直以来是人们的研究重点。早在1997年，就有人发现具有橄榄石结构的磷酸铁锂可以作为锂离子电池的正极材料。同时，磷酸铁锂具有结构稳定、原料来源丰富、安全性好、可在高温下使用、对环境友好、合适的电压等级和较高的比容量等优点，受到了广大科研机构和商业公司的青睐。但是，磷酸铁锂存在一个由其晶格结构决定的致命缺点，那就是极低的电子电导率和离子扩散速率，大电流充放电时容量衰减迅速，高倍率性能差。

目前，纳米磷酸铁锂的制备方法主要有高温固相法、模板合成法、水热法、共沉淀法、溶胶凝胶法等。其中，高温固相法是最容易实现产业化的方法，也是目前磷酸铁锂产业化的主流方法。高温固相法的制备过程一般方法是将铁源、锂源和磷源化合物通过分散、球磨，再通过高温烧结得到磷酸铁锂正极材料。高温固相法的铁源主要有磷酸铁、氧化铁、草酸铁，分别称为磷酸铁工艺、氧化铁工艺、草酸铁工艺。其中，以水作溶剂的水系氧化铁工艺，由于氧化铁与磷源、碳源、锂源在烧结过程中，反应过程复杂，物质结构变化大，导致晶体结构差。而且，碳层包覆困难，碳层易碎，晶粒容易长大，会进一步导致电阻率高，充放电性能、倍率性能和循环性能差。

发明内容

本发明的目的是提供能制备阻率低，充放电性能、倍率性能和循环性能好的碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法，包括制浆分散步骤、加锂步骤、研磨步骤、干燥造粒步骤及烧结步骤。制浆分散步骤包括将羟基氧化铁、无机强酸、磷酸及碳源加入到溶剂中混合成浆料并分散，反应1h-20h，碳源的加入量以使碳包覆磷酸铁锂材料中碳的质量百分数1％-7％计；加锂步骤包括将锂源加入到分散的浆料中；研磨步骤包括研磨加锂步骤后的浆料，研磨0.5h-10h；干燥造粒步骤包括将研磨后的浆料通过喷雾干燥的方法进行干燥、造粒得到粉料；及烧结步骤包括将粉料在惰性气体中烧结，得到碳包覆磷酸铁锂材料。

可选的，按照n(Fe)：n(PO₄)＝(0.96～1.01)：1的摩尔比加入羟基氧化铁和磷酸，羟基氧化铁中的铁和锂源中的锂的摩尔比为n(Fe)：n(Li)＝(0.96～1.02)：(0.98～1.04)，无机强酸中可电离的氢离子与羟基氧化铁中铁的摩尔的比为n(H⁺)：n(Fe)＝(0.1～0.5)：1，浆料的固含量为20％-50％。

可选的，在干燥造粒步骤之前，将稳定助剂加入到浆料中以改良浆料的稳定性，稳定助剂的添加量为浆料的总质量的0.1％-2％，稳定助剂为水溶性共聚物。

可选的，稳定助剂包括聚烯醇类水溶性共聚物、聚烯酸类水溶性聚合物及烯酸共聚物类水溶性聚合物中的任意一种或多种。

可选的，无机强酸为盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸、氢碘酸及氯酸中的一种或多种。