[发明专利]一种纳米超细磷酸亚铁锂材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料领域中锂离子电池的一种正极材料的制造方法。

背景技术

橄榄石型结构的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)材料，具有稳定的晶体结构。它被公认为制造高安全、低成本、长寿命的锂离子电池的最佳正极材料。但是该材料的电子传导和锂离子传导速率很低，当其初级粒子的颗粒粒径大于1.5um时，电池在充电和放电的时候，LiFePO4粒子内部的锂离子难以有效地发生脱嵌和嵌入，从而导致电池的容量低、放电电压平台低、不能承受大电流充放电、电池的低温性能很差等一系列问题。微米级磷酸亚铁锂正极材料做成的锂离子动力电池在-30℃以下的低温环境下不能正常放电，这就严重制约了电动汽车的使用和发展。将磷酸亚铁锂(LiFePO₄)正极材料的颗粒做成200nm，电池的低温性能、电池容量以及电池的充放电性能将得到大幅度提高。

而纳米材料由于其具有很大的比表面积，在高温下特别容易团聚、长大。在磷酸亚铁锂材料的工业化制造过程中，如采用500℃以下的低温烧结，则固相反应不完全、磷酸亚铁锂颗粒结晶不完善，电池的循环性能很差，电池循环后电池的内阻增长很快，这样的电池不能应用于电动汽车。磷酸亚铁锂材料在工业化实际生产中需要600℃以上的高温烧结烧结，在600℃以上的高温烧结过程中LiFePO₄颗粒就要发生强烈的团聚和长大现象，从而大大影响了产品的性能。所以实际生产工艺中，如何抑制磷酸亚铁锂晶粒长大，这是获得高性能的磷酸亚铁锂材料的至关重要的因数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造优秀的大电流充放电性能的纳米超细磷酸亚铁锂材料的方法。在配料时加入有效的阻聚剂，经混料和球磨后均一分布在铁源周围。在升温阶段和高温固相反应阶段，阻聚剂有效地阻止铁源原料的颗粒团聚、有效地阻止磷酸亚铁锂晶粒的团聚和长大行为，从而获得粒子尺寸均一、初级粒子粒径在200nm左右的纳米超细高性能磷酸亚铁锂正极材料。高温固相反应时，阻聚剂同时具有还原性能，可以有效地将三价铁还原成二价铁，加速磷酸亚铁锂的高温固相反应。本发明的目的在于克服现有的高温固相反应制造磷酸亚铁锂材料出现的颗粒长大和团聚的技术缺陷，提供一种制造优秀的大电流充放电性能的纳米超细磷酸亚铁锂材料的方法。产品表现为特别均一的纳米颗粒形貌结构，电池测试表现为优秀的倍率性能、低温性能和循环性能。

本发明的具体步骤为：将铁源化合物、磷源化合物、锂源化合物以及搀杂氧化物或氢氧化物按比例配料，加入阻聚剂，混料球磨数小时，通入高纯(99.999％）氮气，在500-700℃烧结2-8小时，得到高性能的纳米超细磷酸亚铁锂材料。

以上所述的阻聚剂，可以是高分子阻聚剂：淀粉、重油、柠檬酸、酒石酸、乳酸、十六烷基三甲基溴化铵、月桂酸、己二酸、丁二酸、聚丙烯酰胺、油酸、硬脂酸、聚乙二醇、热固性塑料如酚醛塑料、环氧塑料、聚氨酯塑料粉末。可以是上述单一物质，也可以是上述物质中的多元混合物。

以上所述的阻聚剂，可以是无机阻聚剂：超细碳粉、石墨粉、草酸亚铁、草酸。可以是上述单一物质，也可以是上述多元混合物。

以上所述的有效阻聚剂，可以是无机型和高分子型多元混合组成的协同阻聚剂：由淀粉、重油、柠檬酸、酒石酸、乳酸、十六烷基三甲基溴化铵、月桂酸、己二酸、丁二酸、聚丙烯酰胺、油酸、硬脂酸、聚乙二醇、热固性塑料如酚醛塑料、环氧塑料、聚氨酯塑料粉末中的一种或一种以上与超细碳粉、石墨粉、草酸亚铁、草酸中的一种或一种以上组成的协同阻聚剂。

本发明所合成出磷酸亚铁锂正极材料，具有如下特出的优势：

1.获得粒径在200nm左右的纳米超细磷酸亚铁锂正极材料，粒子颗粒细小、均一，没有异常长大粒子。

2.以此为正极材料的锂电池低温性能特别优秀，电池可以在-40℃的低温下放出50％以上的容量。

3.电池可以进行30C大电流充放电，倍率性能很好。

3.材料的克比容量高，电池的电压平台高。

4.电池的循环性能优秀。

附图说明

图1为实施例1中纳米超细磷酸亚铁锂材料的扫描电子显微镜照片。

图2为实施例1中纳米超细磷酸亚铁锂正极材料制成的软包装电池的放电曲线。

图3为实施例1中纳米超细磷酸亚铁锂正极材料制成的软包装电池在-40℃低温下的放电曲线。

图4为实施例1中纳米超细磷酸亚铁锂正极材料制成的4Ah软包装电池在1C充电/12C放电的循环曲线。

具体实施方式