CN103043639A - 一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术，尤其是一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法。其特点是，包括如下步骤：通过喷雾热解沉降的方法，得到均匀混合的磷酸铁锂前驱体，然后再进行微波烧结，制得粒径均匀的二次颗粒，即为微米级的磷酸铁锂正极材料。本发明的优点是，通过喷雾热解沉降的方法制备出均匀的磷酸铁锂前驱体，采用在液相中混合反应物的方法，实现物料间分子级的混合，而在喷雾干燥的过程中，使得水分被迅速烘干，以铁为凝结核，其他元素物质附着在凝结核周围，以粉末形态沉降下来，达到均匀混合的目的，又通过微波烧结，对物料直接进行加热，使得物料受热均匀，产物颗粒更为均匀一致，结晶度更好，提升产品品质。

Description

一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术，尤其是一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

在锂离子电池中，正极材料是其最重要的组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。磷酸铁锂材料具有安全性好、循环性能优异、环境友好、原料来源广泛等特点，其中，锂、铁、磷都是地球上储量丰富的元素，尤其是铁系材料原料来源广，价格低廉，被公认为新一代锂离子电池首选正极材料，已成为当今世界上主要发达国家的重点研究和发展方向。而且，由于其高温下自身以及所使用的电解液稳定，并具有良好的高温循环性能，特别适合于做储能电池和动力电池。

其次，其相对Ni-H,Ni-Cd电池有很大优势。磷酸铁锂动力电池有七大优势:一、超长寿命。2000次循环容量保持率在80%以上。二、使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。三、可大电流快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C，而铅酸电池则无此性能。四、耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃～500℃而钴酸锂和锰酸锂只在200℃左右。五、大容量。六、无记忆效应。七、绿色环保。

但是目前来说，大多数磷酸铁锂正极材料的制备多是通过固相法烧结制备的，再对其进行球磨混料混入碳进行碳包覆，以增加磷酸铁锂的导电性能，而实际上，固相法制备的磷酸铁锂本身粒径较大，且碳无法通过直接混合均匀的包覆在磷酸铁锂颗粒外面，其次，即便是通过破碎等方法得到粒径较小的磷酸铁锂，碳也无法全包覆在磷酸铁锂颗粒周围。其导电性依然受到局限，并且破碎法一方面所得的粒径不均匀，效率较低，其次也容易破环材料的结构，因而从根本上决定了其导电性能较差。与此同时，当前磷酸铁锂无论是固相法还是液相法，多是通过高温烧结炉长时间的烧结合成的，烧结过程中原料受热不均匀，物相纯度受到局限，且电力消耗巨大，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，能够得到结晶度均匀的磷酸铁锂，提高了磷酸铁锂的循环性能和一致性。

一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特别之处在于，包括如下步骤：通过喷雾热解沉降的方法，得到均匀混合的磷酸铁锂前驱体，然后再进行微波烧结，制得粒径均匀的二次颗粒，即为微米级的磷酸铁锂正极材料。

更进一步的，包括如下步骤：

（1）将草酸亚铁或其含水化合物、磷酸或磷酸盐、氢氧化锂或碳酸锂三种原料按照Fe：Li：PO₄=1：1：1的摩尔比加入到去离子水中，使配制后的Fe²⁺、Li⁺、PO₄ ^3-三种离子浓度为1mol/L，搅拌，均匀混合；

（2）向所得混合液中加入质量比为6%～10%可溶性有机碳源，搅拌，均匀混合；

（3）将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解，其中物料进口温度为180℃，出口温度为80℃，得到物料均匀混合的磷酸铁锂前驱体粉末；

（4）将所得磷酸铁锂前驱体粉末装入坩埚中，置于微波烧结炉内，以2～4kW加热2～3h，即得球形磷酸铁锂正极材料。

步骤（2）中的可溶性有机碳源为蔗糖、葡萄糖和聚乙二醇中的至少一种。

步骤（3）中喷雾热解的物料进口温度为180℃，出口温度为80℃。

本发明的优点是，通过喷雾热解沉降的方法制备出均匀的磷酸铁锂前驱体，采用在液相中混合反应物的方法，实现物料间分子级的混合，而在喷雾干燥的过程中，使得水分被迅速烘干，以铁为凝结核，其他元素物质附着在凝结核周围，以粉末形态沉降下来，达到均匀混合的目的，又通过微波烧结，对物料直接进行加热，使得物料受热均匀，产物颗粒更为均匀一致，结晶度更好，提升产品品质，有利于制备性能稳定的磷酸铁锂，且能节省能源，缩短生产周期，提高生产效率。

附图说明

附图1是3个实施例中合成样品的XRD图，可以看出样品的结晶度高，晶相较纯；

附图2是实施例1中合成样品的SEM形貌图，为球形颗粒，粒径均匀。

具体实施方式

本发明提供了一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过将原料在溶液中均匀混合分散，然后用喷雾热解的方法进行沉降，保证原材料的均匀混合，一方面解决了传统固相法产品粒径一致性差的弊端，得到结晶度均匀的磷酸铁锂，提高了磷酸铁锂的循环性能和一致性，同时，进行有机碳包覆，粒径较小，均匀一致，提高材料导电性能，避免了传统方法制备磷酸铁锂后期破碎过程中引入杂质。另一方面通过微波烧结避免电炉烧结合成中物料受热不均匀，同时使得烧结时间大大降低，节约大量电力资源，低碳环保，达到节能减排的目的。

实施例1

1）将草酸亚铁、磷酸、氢氧化锂三种原料按照Fe：Li：PO₄=1：1：1的摩尔比加入到去离子水中，使配制后的Fe²⁺、Li⁺、PO₄ ^3-三种离子浓度为1mol/L，搅拌，均匀混合。

2）向所得混合液中加入质量比为6%的蔗糖，搅拌，均匀混合。

3）将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解，其中物料进口温度为180℃，出口温度为80℃，得到物料均匀混合的磷酸铁锂前驱体粉末。

4）所得磷酸铁锂前驱体粉末装入坩埚中，置于微波烧结炉内，以2kW加热3h，即得结晶度好、物相均匀的球形磷酸铁锂正极材料。

本发明通过上述实施例1方法得到的样品的形貌如图2所示，颗粒呈球形状态。

实施例2：

1）将草酸亚铁、磷酸、氢氧化锂三种原料按照Fe：Li：PO₄=1：1：1的摩尔比加入到去离子水中，使配制后的Fe²⁺、Li⁺、PO₄ ^3-三种离子浓度为1mol/L，搅拌，均匀混合。

2）向所得混合液中加入质量比为8%的蔗糖，搅拌，均匀混合。

3）将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解，其中物料进口温度为180℃，出口温度为80℃，得到物料均匀混合的磷酸铁锂前驱体粉末。

4）所得磷酸铁锂前驱体粉末装入坩埚中，置于微波烧结炉内，以3kW加热2h，即得结晶度好、物相均匀的球形磷酸铁锂正极材料。

实施例3：

1）将草酸亚铁、磷酸、氢氧化锂三种原料按照Fe：Li：PO₄=1：1：1的摩尔比加入到去离子水中，使配制后的Fe²⁺、Li⁺、PO₄ ^3-三种离子浓度为1mol/L，搅拌，均匀混合。

2）向所得混合液中加入质量比为10%的蔗糖，搅拌，均匀混合。

3）将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解，其中物料进口温度为180℃，出口温度为80℃，得到物料均匀混合的磷酸铁锂前驱体粉末。

4）所得磷酸铁锂前驱体粉末装入坩埚中，置于微波烧结炉内，以4kW加热2h，即得结晶度好、物相均匀的球形磷酸铁锂正极材料。

Claims (4)

1.一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：通过喷雾热解沉降的方法，得到均匀混合的磷酸铁锂前驱体，然后再进行微波烧结，制得粒径均匀的二次颗粒，即为微米级的磷酸铁锂正极材料。

2.如权利要求1所述的一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将草酸亚铁或其含水化合物、磷酸或磷酸盐、氢氧化锂或碳酸锂三种原料按照Fe：Li：PO₄=1：1：1的摩尔比加入到去离子水中，使配制后的Fe²⁺、Li⁺、PO₄ ^3-三种离子浓度为1mol/L，搅拌，均匀混合；

（2）向所得混合液中加入质量比为6%～10%可溶性有机碳源，搅拌，均匀混合；

（3）将所得混合液通过喷雾干燥机喷雾热解，得到物料均匀混合的磷酸铁锂前驱体粉末；

（4）将所得磷酸铁锂前驱体粉末装入坩埚中，置于微波烧结炉内，以2～4kW加热2～3h，即得球形磷酸铁锂正极材料。

3.如权利要求2所述的一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的可溶性有机碳源为蔗糖、葡萄糖和聚乙二醇中的至少一种。

4.如权利要求2所述的一种球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中喷雾热解的物料进口温度为180℃，出口温度为80℃。

Images