[发明专利]一种磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池。所述方法包括以下步骤：1)将含有锂、铁和磷的反应原料、碳源和粘结剂在溶剂中分散并进行混合，得到混合料；2)对混合料进行造粒，得到前驱体；3)对前驱体在氧化性气氛下进行预烧，得到预烧产物；4)对预烧产物在保护性气氛下进行烧结，得到所述磷酸铁锂材料。本发明提供的制备方法在混合阶段即加入粘结剂，增加后续造粒时一次颗粒之间堆积的紧密程度；通过在烧结前，先在氧化性气氛下预烧去除粘结剂，避免了在保护性气氛下高温烧结时粘结剂分解后产生絮状碳残余(非有益碳)，促进二次颗粒内部一次颗粒的晶体生长，改善材料循环稳定性。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及一种电池材料及其制备方法和锂离子电池，尤其涉及一种磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着人类社会的不断发展，环境问题日益凸显，伴随着国家新能源战略的兴起，锂离子电池作为一种清洁能源，因体积小、能量密度高及安全环保等优势，从上世纪90年代初发展至今，已经得到了广泛的应用。

磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料具有原料来源广、价格低廉、材料热稳定性好、电压平台高、循环寿命长、无毒无害和安全性高等优势，使其从众多正极材料中脱颖而出，成为目前动力形和储能形锂离子电池正极材料的首选。然而，磷酸铁锂正极材料仍存在两个不足之处：一是其电导率低和离子扩散系数低，导致容量与倍率性能低；二是材料的压实密度低，导致其能量密度低。

CN104300119A发明专利提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。将磷酸铁、锂源、碳源、分散剂、粘结剂和水混合，经搅拌、研磨、喷雾干燥处理后得到磷酸铁锂前驱体，磷酸铁锂前驱体在保护气体气氛中焙烧，冷却后得磷酸铁锂正极材料。在制备磷酸铁锂前驱体的过程中，加入粘结剂，使喷雾干燥后的一次颗粒堆积更加紧密，有助于提升产物的电化学性能。

CN104051713A公开了一种微纳米球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。制备方法如下：将可溶性的锂化合物、铁化合物和磷酸盐按锂、铁、磷的原子比为1:1:1混合溶于去离子水中形成溶液，将溶液加入到粘结剂的混合液中，搅拌得到均匀混合液。然后在油浴锅中加入适量的导热油，在油浴中放入一个装有高温导热油的烧杯，将均匀混合液以一定的速率滴入具有一定搅拌速度的高温导热油的烧杯中，反应完全并过滤得到磷酸铁锂前驱体，最后将洗涤后的前驱体在惰性气氛中高温炭化和合成，形成一种具有高振实密度的微纳米球形磷酸铁锂复合正极材料。

CN102642820A公开了一种高密度球形磷酸铁锂的制备方法，具体步骤如下：采用锂化合物、铁化合物、磷酸盐、掺杂的金属化合物和碳黑为原料，加入球磨机中湿混；喷雾干燥后置于以N₂作为保护气体的焙烧炉中，进行预烧；然后加入粘结剂聚乙烯醇再次进行湿混，喷雾干燥后置于以N₂作为保护气体的焙烧炉进行二次焙烧。

上述方案虽然都在一定程度上对产品的电化学性能有所改善，但是对于磷酸铁锂材料的循环稳定性，仍无法达到市场需要的水平。

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磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池。本发明提供的磷酸铁锂材料通过在制备过程中加入了低温排胶(除去粘结剂)手段，在高温烧结前清除二次颗粒内部的粘结剂，促进颗粒内部晶体生长，提升了颗粒的密实度、降低材料内阻。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种磷酸铁锂材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将含有锂、铁和磷的反应原料、碳源和粘结剂在溶剂中分散并进行混合，得到混合料；

(2)对步骤(1)所述混合料进行造粒，得到前驱体；

(3)对步骤(2)所述前驱体在氧化性气氛下进行预烧，得到预烧产物；