[发明专利]一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，使用水热法，制备出掺杂含铝的磷酸铁锂正极材料，提高磷酸铁锂材料的放电容量和循环性能。该方法是将锂源、磷源、铁源、碳源、铝源在纯水中混合均匀，置于水热反应釜中，在氮气氛围下高温反应，最后干燥、粉碎得到掺杂铝的磷酸铁锂正极材料。经过测试验证，在压实密度、放电容量和循环性能上，掺铝的磷酸铁锂正极材料比不掺杂的有更好的表现。本发明，简易且可大规模生产，生产出的磷酸铁锂可为新能源电池厂家生产高容量、长寿命磷酸铁锂电池提供优质正极材料。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，是一种高压实密度长循环性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

作为新能源电池中占比较大的磷酸铁锂电池，具备高理论容量，高工作电压，高安全性，低成本，寿命长，热稳定性能好，对环境友好等特点，对磷酸铁锂电池而言，为进一步提高其能量密度和循环性能，主流方法是通过材料制备过程工艺改善颗粒粒径、振实密度、压实密度等方面，也可以直接针对材料本身的晶体结构进行改进。如可制备小粒径的磷酸铁锂材料，这样可以提高振实密度和压实密度，进而提高能量密度，但这种方法会增大比表面积，不利于电池电极的加工；改善磷酸铁锂晶体结构，直接从根本上改变其性质，从而获得所需的材料，这种方法主要是通过掺杂金属离子的方式实现。

磷酸铁锂的晶体是橄榄石型结构，具有高稳定性，在充放电过程中伴随着Li+的嵌入脱出，可维持其基本结构不变，这赋予其高安全性，但也会导致其离子电导率降低，进而表现出低容量，且随着循环的充放电，Li在电池膜界面析出，造成晶体中Li+失位，导致一部分导致循环性能较差。

为改变这一现象，可以通过掺杂金属离子如Al³⁺改善其性能，Al³⁺的价态和Fe³⁺相当，且不易被还原成Al²⁺，这样在制备磷酸铁锂过程中就造成LiFePO₄中铁的位置形成Fe²⁺/Fe³⁺--AL³⁺混合态，提高了导电性能，降低电阻，进而提高能量密度，另外适当的低浓度掺杂又不会破坏磷酸铁锂的橄榄石结构，这样又可以保持其高稳定性，从而提高了循环性能；另一方面铝价格便宜并不会造成成本的增加，自然的在磷酸铁锂中掺杂铝是一种很好的选择。

发明内容

基于以上技术背景，本发明的目的在于提供一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法使用水热法制备颗粒较小，组成成分均匀可控，能同时满足高压实密度和高循环性能的磷酸铁锂正极材料。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A）、前驱体溶液的制备：

按照摩尔比称取可溶性锂源:铁源:磷源=(1.01~1.03)：1：1依次加入反应釜中，再按照质量百分比，预生产的磷酸铁锂:碳源:铝源=(100-x-y)：x：y，x值为1~2，y值为0~1，添加辅料，搅拌1-5h混合均匀，即为前驱体溶液；

B）、水热法磷酸铁锂的制备：

将步骤A）中前驱体溶液转入在惰性气体氛围的水热反应釜中，在100-180℃温度下保温2-12h，待冷却至室温为固体，再将固体过滤，后在100-200℃温度下下，真空干燥4-10h形成此磷酸铁锂，再将此磷酸铁锂进行粉碎，粉碎粒径D50为1-5μm，即为所制备的掺杂铝的高压实长循环磷酸铁锂正极材料。

优选的，上述步骤A）中所述锂源为氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂、醋酸锂中的一种或多种；所述铁源为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁中的一种或多种；所述磷源为磷酸、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵中的一种或多种。

优选的，上述步骤A）中所述碳源为葡萄糖、蔗糖、PEG、炭黑中的一种或多种；

优选的，上述步骤A）中所述铝源为纳米级氧化铝、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝中的一种或多种。