[发明专利]一种氟离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种氟离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：S1、前驱体混合溶液配制：将可溶性锂源、铁源、磷源、氟化物溶于去离子水中，同时加入水溶性碳源和水溶性助剂溶解得到前驱体混合溶液；S2、凝胶化处理：把步骤S1所得的前驱体混合溶液进行油浴加热得到粘稠状的前驱体凝胶；S3、自蔓燃处理：将步骤S2的前驱体凝胶加热发生自蔓延燃烧分解得到燃烧产物；S4、球磨处理：将步骤S3燃烧分解的燃烧产物转移到球磨罐高速球磨混合得到混合浆料；S5、低温烧结处理，冷却到室温，即可得到最终的产品。本发明的氟离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法具有能耗低、振实密度高、混合均匀、改性效果好和电化学性能优异的特点。

技术领域

本发明涉及磷酸铁锂材料技术领域，具体是指一种氟离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法。

背景技术

自1997年J.B.Goodnough[J.Electrochem.Soc.，144(1997)1188]研究组率先合成了橄榄石型LiFePO4并将其用作锂离子电池正极材料以来，LiFePO₄因其结构稳定、比容量高、循环寿命长、制造成本低廉、安全性能好以及对环境友好等优点而被认为是未来理想的锂离子动力电池正极材料。

然而，LiFePO₄较低的电子导电率和离子传导速率极大地限制了其在锂离子动力电池领域的实际应用。目前主要提高导电率的改性方法有添加导电剂、粒径控制、 离子掺杂等。

针对于此，中国发明专利申请CN102024951A公开一种氟离子掺杂的磷酸铁锂材料及其制备方法。该氟离子掺杂的磷酸铁锂粉体材料化学式为LiFe(PO₄)_1-xF_3x/C，其中0＜x＜0.2。制备方式有预烧结前加入氟化物直接混烧和预烧结后加入氟化物煅烧两种。即将锂盐、铁盐、磷酸盐与氟化物混合，加入碳源，一次混料，预烧结，煅烧；或者先将锂盐、铁盐和磷酸盐混合加入碳源，混料、预烧结后，再与氟化物混料，煅烧，即得到氟离子掺杂的磷酸铁锂材料。该发明采用较低温的固相法合成氟离子掺杂的磷酸铁锂材料，用其制备的电极材料具有优异的电化学性能和倍率充放电性能，工艺简单、能耗较低、原材料成本低，所得材料的电化学性能好、倍率充放电性能优异，便于工业化大生产。

但是，在实际控制过程中，该方法存在以下限制：如采用固相法合成烧结温度高达450 ～ 650℃，能耗高，氟离子散失严重，也无法进行形貌控制；如碳源添加的方式均为在原料中直接添加固体碳源，增加混合的难度，影响混合的均匀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种氟离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法，具有能耗低、振实密度高、混合均匀、改性效果好和电化学性能优异的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种氟离子掺杂的磷酸铁锂材料的制备方法。包括以下步骤：

S1、前驱体混合溶液配制：将可溶性锂源、铁源、磷源、氟化物按离子的摩尔比按离子的摩尔比 Li⁺ ∶(Fe³⁺或Fe²⁺)∶ PO₄^3-∶F^-＝0.97～1.05∶1∶1-x∶3x溶于去离子水中，其中x为0.01至0.2，同时加入水溶性碳源和水溶性助剂，搅拌使其溶解得到前驱体混合溶液；

S2、凝胶化处理：把步骤S1所得的前驱体混合溶液进行油浴加热，加热温度控制在50～100℃，得到粘稠状的前驱体凝胶；

S3、自蔓燃处理：将步骤S2的前驱体凝胶加热至200-300℃，使其充分反应并发生自蔓延燃烧分解得到燃烧产物；

S4、球磨处理：将步骤S3燃烧分解的燃烧产物转移到球磨罐中，加入溶解有氟化锂、二草酸硼酸锂的球磨助剂，高速球磨混合2～8小时，分离磨球，得到混合浆料；