[发明专利]一种磷酸铁锂材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：混合铁源、磷源、锂源和分散剂成混合液，在所得混合液中添加金属盐后，再混入一次碳源，进行加热，得到固体前驱体；将所述固体前驱体与溶剂、添加剂混合制成浆料，所述浆料进行喷雾干燥和一次烧结后，得到半成品；混合二次碳源和所述半成品，所得混合料进行二次烧结，得到所述磷酸铁锂材料。本发明对磷酸铁锂材料制备过程进行调控，无需二次改性，通过制备方法中的各个步骤间的相互配合，得到了粒径可控，大倍率放电性能优异的磷酸铁锂材料。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种磷酸铁锂材料的制备方法。

背景技术

随着目前能源需求的逐步提升，新能源汽车成为研究重点，而其动力性能主要受电池材料的影响较为明显，因此锂离子电极材料为研究的关键所在。反观已大规模工业化生产的产品，不难发现钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、三元复合物和磷酸铁锂(LiFePO₄，简称LFP)等已应用于数字化产品、航空航天、汽车能源等各个领域。其主要原因是上述材料具有较好的锂离子脱嵌能力，但是也会有不可避免的缺点，如LiCoO₂具有较好的能力密度而适合大电流放电，但是其中含有元素Co而导致价格昂贵，同时安全性能差；而相比之下，LFP则具有较为明显的优势，如比容量高，循环性能好，安全性能高，常作为动力电池正极材料材料的一种。

从磷酸铁锂的结构可知，锂离子扩散主要为一维通道，所以很大程度上限制了锂离子脱嵌能力；其二，LFP结构中PO₄四面体阻碍了FeO₄四面体的连接，从而导致了其具有较差的电子导电性；因此，正是因为这些弊端使得LFP材料在倍率和低温性能较差，并且实际放电容量较低，材料极化严重。LFP电化学性能差的两个关键原因为锂离子迁移速率低和电子电导性差，现有的改善方法需要涉及将磷酸铁锂再次进行处理，增加了材料的制备工艺流程，因此，需要提供一种过程简单，且得到的材料性能优异的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂材料的制备方法，通过对磷酸铁锂材料制备过程的调控，无需二次改性，将纳米化、碳包覆和元素掺杂等改善性能的方式结合到了磷酸铁锂制备过程中，从而大幅改善了制备所得磷酸铁锂材料的电化学性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种磷酸铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)混合铁源、磷源、锂源和分散剂成混合液，在所得混合液中添加金属盐后，再混入一次碳源，进行加热，得到固体前驱体；

(2)将步骤(1)所述固体前驱体与溶剂、添加剂混合制成浆料，所述浆料进行喷雾干燥和一次烧结后，得到半成品；

(3)混合二次碳源和步骤(2)所述半成品，所得混合料进行二次烧结，得到所述磷酸铁锂材料。

本发明所述制备方法在磷酸铁锂制备过程中，在得到的固体前驱体中加入了添加剂和溶剂，直接得到了大倍率放电性能优异的磷酸铁锂，具体包括：首先在制备过程中先掺杂一次碳源调节粒径，再通过添加剂和溶剂对固体前驱体进行调控，使添加剂能够将颗粒粘接成球状，再搭配喷雾干燥，进行二次造粒，调控半成品的形貌和粒径大小，进而调控最终得到的磷酸铁锂形貌和性能；其次，在原料中添加金属盐，来提高磷酸铁锂材料内部电子电导率和离子扩散率，从而改善磷酸铁锂的性能；再者，通过得到的半成品与二次碳源混合，进行二次烧结后，在磷酸铁锂表面形成了均匀的包覆碳层，提升了磷酸铁锂材料的导电性；因此，本发明通过制备方法中的各个步骤间的相互配合，尤其是添加剂和溶剂对固体前驱体的调控，影响了磷酸铁锂材料的大倍率放电性能。