[发明专利]一种磷酸盐正极材料及其生产工艺和应用

说明书

本发明公开了一种磷酸盐正极材料及其生产工艺和应用，所述磷酸盐正极材料由以下重量组分的原料制成：亚铁盐55‑62份；锂盐7‑12份；磷酸溶液9‑12份；催化剂1‑2份；沉淀剂15‑20份；其中，催化剂为络合剂或者分散剂。本发明所述的磷酸盐正极材料及其生产工艺，原材料可以采用较为常见的铁盐和锂盐，使用来源广泛成本低廉的原料，解决了原料断供的风险。催化剂能够聚集在亚铁离子周围，有效防止亚铁的氧化，同时降低了反应活化能，起到络合剂和分散剂的作用，这样可以降低反应过程中不可控团聚的作用，能够使得铁盐和锂盐实现离子程度的混合，有助于两种原材料与磷酸溶液反应形成磷酸铁锂。

技术领域

本发明涉及锂电正极粉体材料的制备技术领域，尤其涉及一种磷酸盐正极材料及其生产工艺。

背景技术

1997年，磷酸铁锂由John B Goodenough等研究者报导发现，其拥有结构稳定性以及良好的电化学性能从而使磷酸铁锂商业化的潜力无限。铁基化合物除价格低廉、原料储量丰富外，最大优点是无毒、安全性好，这使得电池界对铁系正极材料非常关注。LiFePO₄的理论容量是170mAh/g，相对于锂金属负极的稳定放电平台为3.4V，具有价格低廉、热稳定性好和环境无污染等突出优点，是目前最具有潜力的正极材料之一，已经被广泛应用于动力电池和储能领域。

2021年磷酸铁锂正极材料产能45.27万吨，同比增长168.9％，电池全年装机量为80GWh，占比52％，同比增长227％，近几年来，磷酸铁锂电池全年动力装机量首次超过三元电池。从2021年每月数据来看，磷酸铁锂电池占比从年初的38％逐步增加，至2021年7月装机量首次超过三元，占比达到51％，此后每月装机量占比保持在55％以上。随着去年铁锂CTP、麒麟电池及刀片电池技术提高，LFP电池能量密度增加，安全性较佳，成本低等性价比优势是其在各个细分领域市场需求均增加。此外随着原材料价格大幅上涨，电芯成本涨幅空间较大，铁锂电池相较三元电池性价比较高，导致铁锂在动力、小动力及其他领域需求占比均上涨。

正是由于市场爆发的锂电正极材料需求，2021年，磷酸铁锂正极材料出现了扩产潮，据不完全统计，到2022年底市场上拥有磷酸铁锂正极材料的产能达到145万吨/年。

然而，随着材料产能的急剧扩增，产品的同质化及制造成本也不容忽视。如何提高产品品质及制造工艺的成本竞争力也被推上产品换代需求日程。磷酸铁锂的工艺按照主要原材料可以分为三种：铁红路线、草酸亚铁路线和磷酸铁路线，铁红路线，就是用氧化铁作原料，性能较差，成本低。草酸亚铁路线，是草酸亚铁作原料，存在铵盐处理的环境问题，加工难度大。磷酸铁路线；就是磷酸铁作原料合成磷酸铁锂，工艺成熟，容易扩产，性能较稳定。目前磷酸铁路线制造的磷酸铁锂为主流。前几年由于产品材料性能欠缺，其它路线被磷酸铁路线代替，但是磷酸铁原料不易得、成本较高，从成本和性能等多方面考虑，磷酸铁路线未必适用于未来高质低成本的追求。

因此，开发一种原料易得，生产链完整的生产工艺将促进磷酸铁锂产业的健康发展，同时增加企业的产品竞争力。基于上述磷酸铁锂的市场环境及生产所面临的问题，我司提出解决目前困境的重要研发课题。

发明内容

为了解决现有技术中的磷酸盐正极材料生产工艺存在加工难度大或者原材料成本较高的技术问题，本发明提供了一种磷酸盐正极材料及其生产工艺来解决上述问题。

本发明提出一种磷酸盐正极材料，所述磷酸盐正极材料由以下重量组分的原料制成：亚铁盐55-62份；锂盐7-12份；磷酸溶液9-12份；催化剂1-2份；沉淀剂15-20份；其中，催化剂为络合剂或者分散剂。

进一步的，所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或者硝酸亚铁。

进一步的，所述锂盐为磷酸锂或者氢氧化锂。

进一步的，所述沉淀剂为氢氧化钠或者氨水。

进一步的，所述催化剂为柠檬酸、EDTA或者PEG4000-6000。