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CN112331846A - 一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法 - Google Patents

一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法 Download PDF

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CN112331846A CN201910797800.3A CN201910797800A CN112331846A CN 112331846 A CN112331846 A CN 112331846A CN 201910797800 A CN201910797800 A CN 201910797800A CN 112331846 A CN112331846 A CN 112331846A
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Abstract

一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，涉及锂离子电池领域，包括以下制备步骤：（1）取锂源、铁源和磷源置于溶剂中，加入有机碳源，在搅拌条件下将混合液喷雾干燥，制备得到粉状前驱体；（2）将粉状前驱体置于微波反应器中进行温控微波加热预处理，得到微波加热预处理磷酸铁锂；（3）将微波加热预处理磷酸铁锂进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。本发明利用喷雾干燥制备得到粉状前驱体，有机碳源能够均匀覆盖在混合物粒子上，随后采用温控微波加热对其预处理得到固溶体超级纳米磷酸铁锂晶粒，反应时间短，过程容易控制，粒径小且均一，最后再进行固相烧结，制备得到的正极材料磷酸铁锂倍率高。

Description

一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法。
背景技术
磷酸铁锂(LiFePO4)作为锂离子电池正极材料之一，因其具有相对较高的理论容量(170mAh/g)、平稳的充放电电压平台使有机电解质在电池应用中更为安全、高安全性、较好的电极反应可逆性、热稳定性高、环境友好等优点，成为可充电锂离子电池正极材料的研究热点之一。特别是近年来便携式电子设备、电动汽车对功率型电池的需求的提高，开发高倍率型锂离子电池迫在眉睫，而正极材料又是倍率性电池的关键材料。
传统的观点认为，LiFePO4在电池中充放电时是两相反应：
充电(脱锂)：LiFePO4－xLi+－xe-→xFePO4+(1-x)LiFePO4；
放电(嵌锂)：FePO4+xe+xLi+→xLiFePO4+(1-x)FePO4。
充电时，Li+从FeO6层迁移出来，经过电解液进入负极，Fe2+被氧化成Fe3+，电子则经过相互接触的导电剂和集流体从外电路到达负极；放电过程则与之相反。
锂离子电池在充放电过程中，锂离子脱/嵌过程是在LiFePO4/FePO4两相界面的脱/嵌过程。充电时，两相界面不断向内核推进，外层的LiFePO4不断转变为FePO4，锂离子和电子不断通过新形成的两相界面以维持有效电流，但锂离子的扩散速率在一定条件下是常数，随着两相界面的缩小，锂离子的扩散量最终将不足以维持有效电流，这样，大颗粒内核部分的LiFePO4将不能被充分利用，从而造成容量损失，因此有效调控LiFePO4晶粒尺寸是改善倍率等电化学性能的关键。
目前国内外LiFePO4的合成方法有很多，大致可分为固相法和液相法两种。固相法一般分为高温固相法、微波法和碳热还原法；液相法一般分为水热法、共沉淀法和溶液凝胶法。传统的工业化电极材料合成中广泛采用高温固相法，其所需的设备和工艺简单容易实现工业化，也是是目前制备LiFePO4/C最常用、最成熟的方法，高温固相法是将锂盐(LiOH、Li2CO3、CH3COOLi等)、亚铁盐(FeC2O4·2H2O、Fe(CH3COO)2·2H2O等)、含磷铵盐((NH4)H2PO4、NH4H2PO4等)和碳源(乙炔黑、葡萄糖、蔗糖等)按一定的配比成分研磨混合，在惰性气氛(Ar或N2)的保护下，固体原料混合物以固态形式，在600-800℃高温煅烧来制备，但因混合均匀困难、反应固体之间接触面积及表面积、产物相得成核速率和原子或离子通过各物相的扩散速率等因素影响，均匀程度较差，晶体粒径大(约150-200nm)，粒径分布范围宽，很难得到超细粉体和纳米粉体，以致倍率性能相对低。
有报道利用共沉淀法合成FePO4后，再与Li(CH3COO)、维他命C混合，在600℃下煅烧，得到纯相、单一的LiFePO4/C材料，材料平均粒径约为150nm，0.1C放电比容量达到159mAh·g-1(Solid State lonics,2007,178(11-1 2):843-847)；又例如公开专利一种高倍率球形磷酸铁锂碳复合正极材料及其制备方法，公开号CN109192953A，该专利中以磷酸铁、锂源、碳源A、金属氧化物添加剂、分散剂及碳源B先后经过粗磨(加入碳源A和金属氧化物)、超细磨、喷雾干燥造粒、650℃～850℃热处理(加入碳源B)8h～15h合成球形形貌颗粒，其表面和内部均被金属掺杂的碳均匀包覆，LiFePO4粒径为50nm～100nm，10C放电容量可达到148mAh/g。但采用共沉淀法要求不同原料要求具有相似的水解或沉淀条件而限制原材料的原则，并不适用工业化生产LiFePO4。
微波加热是材料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热，其微波能是通过空间或媒质以电磁波的形式传递，主要利用电介质分子偶极子转向极化(取向极化)和界面极化(也称Maxwell-wapner极化)达到加热目的，微波法同传统加热方式相比有许多优点，如加热速度快、加热均匀、节能高效、高反应选择性，合成材料颗粒均匀等，常作为化学反应(如微波合成等)的热源。例如公开号为CN108807985A的专利橄榄石型锂电池正极材料磷酸亚铁锂的微波水热合成方法中以氢氧化锂、铁盐、磷酸或磷酸盐为原料配制一定浓度溶液，并通过控制氢氧化锂的量来调变溶液的PH值，然后对配制的溶液微波水热，所得产物经过洗涤、过滤和干燥得到橄榄石型LiFePO4粉体；又例如公开号为CN104752723A的专利微波溶剂热原位合成碳包覆磷酸铁锂的方法中将锂源、铁源分散在醇还原剂中，加入磷源搅拌，添加螯合剂，搅拌制得前驱液，将前驱液放入微波反应釜中，加热反应；将得到的产物进行洗涤干燥得到前驱物；将上述前驱物在还原气氛下煅烧得到一种碳包覆的磷酸铁锂，0.2C首次放电容量达到153mAh/g，100次循环后容量保持率达到91.4％。但其以液体形式的前驱体进行微波加热，因微波加热发应快，易爆沸，过程控制难；同时对合成后的磷酸铁锂进行洗涤、过滤和干燥或近一步热处理，操作步骤复杂。
发明内容
本发明是为了克服目前工业上传统的直接高温固相法，反应床的温度分布不均匀而导致的反应速度不均衡，LiFePO4晶体生长速度不统一的问题，晶体粒径大；而微波法制备LiFePO4中以液体形式的前驱体进行微波加热，因微波加热发应快，易爆沸，过程控制难；同时对合成后的磷酸铁锂进行洗涤、过滤和干燥或近一步热处理，操作步骤复杂等问题，提出了一种采用喷雾干燥制备粉状前驱体，随后采用温控微波加热预处理和高温固相法结合的高倍率正极材料磷酸铁锂制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取锂源、铁源和磷源加入置溶剂中，随后加入有机碳源，得到混合液，在搅拌条件下将混合液喷雾干燥，制备得到粉状前驱体；
(2)将粉状前驱体置于微波反应器中，调控微波输入功率，进行温控微波加热预处理，得到微波加热预处理磷酸铁锂；
(3)将步骤(2)得到的微波加热预处理磷酸铁锂进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
本发明将锂源、铁源和磷源溶于溶剂中，并和有机碳源配置成溶液凝胶体或者悬浊液形式的混合液，喷雾干燥前锂源、铁源、磷源和有机碳源配置成溶液凝胶体或者悬浊液形式存在，使得各组分之间混合更加均匀，之后在搅拌条件下通入喷雾干燥机进行喷雾干燥，制备成粉状前驱体，喷雾干燥脱水后的粉状前驱体中有机碳源能够均匀覆盖在混合物粒子上。
随后，将粉状前驱体置入频率为2450MHz微波反应器，调控微波输入功率，使温控微波加热预处理的温度控制在500-600℃，由于微波加热热惯性极，反应选择性高，在粉状前驱体中，混合粒子介电常数高，在微波场中产生介质损耗，因此自生热快，在混合物粒子高速升温的作用下包覆混合粒子的有机碳源发生碳化反应，其线性结构部分变成环化或进行链分裂而去氢、脱氧等，于此同时，混合粒子中的三价铁被碳及还原性气氛如氢气还原形成二价铁，二价铁与锂源反应生成橄榄石结构的微波加热预处理磷酸铁锂，而由于包覆在混合粒子上的有机碳源自身介电常数低，自生热较慢，因此最外层的有机碳源并未完全碳化，此时，得到的微波加热预处理磷酸铁锂为固溶体核壳结构，内核为磷酸铁锂晶粒，碳膜包覆磷酸铁锂晶粒，最外层为没有完全还原的有机碳源。本发明采用较低功率的温控微波预处理的方法，克服微波法合成正极材料反应时间长，反应过程难控制，易烧结的难点，能够有效控制预处理后微波加热预处理磷酸铁锂的形状和大小，且反应时间短，粒径大小均一，同时，粉状前驱体呈总体加热方式，节能高效。
在温控微波加热预处理后，微波加热预处理磷酸铁锂需要采用高温固相法进一步热处理，在此过程中，超级纳米磷酸铁锂得到纯化，提高了结晶度，但粒子的形状和大小不会产生明显的变化，同时，在温控微波预处理阶段得到的核壳结构的微波加热预处理磷酸铁锂最外层没有完全碳化的有机碳源得到了进一步碳化，制备得到小粒径球形的高倍率正极材料磷酸铁锂，小粒径球形磷酸铁锂可避免大电流放电时残留磷酸铁锂相的出现和提高正极材料电化学动力学性能，同时避免残碳对材料电化学性能的影响。
作为优选，步骤(1)中所述粉状前驱体呈半干状态，其含水量为10-40wt％。
若粉状前驱体太湿，含水量过大，容易导致粉状前驱体中有机碳源和混合物粒子混合不均匀，有机碳源包覆不理想，并且含水量过大也容易导致后续温控微波加热预处理时升温速度过快，不利于温度的控制。
作为优选，步骤(1)中所述锂源、铁源和磷源的摩尔比为1:1:1；混合液中，有机碳源的浓度为0.01-0.13g/mL。
不同类型的有机碳源的加入量不同，若加入的有机碳源量大，则合成材料中碳含量高，残留太多的碳剩余，会影响材料克容量发挥，甚至磷酸铁锂包覆碳过多，锂离子不能够嵌入和脱出，而碳源加入量过少，会导致三价铁不能够完全被还原为二价铁。磷酸铁锂粉体中碳量1.10-2.50％为最佳。
作为优选，步骤(1)中所述喷雾干燥的条件为：将混合液在200-1500rpm转速下搅拌10-20min，以500-800mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为100-200℃。
喷雾干燥前，需要先将混合液搅匀，搅拌转速更优选为200-800rpm，搅拌时间更优选为10-20min，并且，喷雾干燥时的进料速度不宜过快或过慢，更优选为500-800mL/h，喷雾进风温度也不宜过高或过低，进料速度过快或者喷雾进风温度过低会导致喷雾干燥时的颗粒水分蒸发不完全，无法呈现粉状，且含水量过大；而进料速度过慢或者喷雾进风温度过高容易导致喷雾干燥时的颗粒水分蒸发过快，不易收集。
作为优选，步骤(2)所述微波输入功率为300W～700W；温控微波加热预处理为在氮气氛围下微波为5-20min，所述微波加热预处理磷酸铁锂的粒径为30～50nm。
本发明采用温控微波加热的方法对粉状前驱体进行预处理，若在预处理时温度过高，铁源中的铁离子容易被还原成铁，影响正极材料磷酸铁锂的质量，而微波加热的方法温度控制非常困难，因此需要严格控制输入功率，采用较低的微波输入功率。并且，对粉状前驱体采用温控微波加热的方法进行预处理，处理时间短，得到的微波加热预处理磷酸铁锂的粒径较小，为30～50nm。
作为优选，所述步骤(3)中所述固相烧结条件为在氮气气氛中，以10-15℃/min的升温速率加热至600-700℃，保温4-6h。
为了纯化超级纳米磷酸铁锂，提高其结晶度，同时将最外层没有完全碳化的有机碳源进一步碳化，需要对温控微波加热预处理的微波加热预处理磷酸铁锂进行固相烧结。而相比于前驱体不经过温控微波加热预处理而直接进行高温固相法烧结，本发明在固相烧结所需的时间更短，为4-6h，更为节能。
作为优选，所述锂源为醋酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、磷酸锂和磷酸二氢锂中的至少一种；所述磷源为磷酸铁、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸和磷酸锂中的至少一种；所述铁源为磷酸铁、草酸亚铁中的至少一种。
作为优选，所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、聚乙二醇、一水柠檬酸、可溶性淀粉、柠檬酸或纤维素中的至少一种。
作为优选，所述溶剂包括水。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明利用喷雾干燥制备得到粉状前驱体，有机碳源能够均匀覆盖在混合物粒子上，随后采用温控微波加热对其预处理得到微波加热预处理磷酸铁锂，反应时间短，过程容易控制，粒径小且均一，，最后再进行固相烧结，制备得到的正极材料磷酸铁锂倍率高，且相比于直接高温固相法，本发明中的固相烧结时间更短，因此更加节能，此外，本发明还可避免大电流放电时残留磷酸铁锂相的出现和提高正极材料电化学动力学性能，同时避免残碳对材料电化学性能的影响。
附图说明
图1为实施例1中微波加热预处理磷酸铁锂红外光谱图。
图2中a)为实施例1中制备得到的微波加热预处理磷酸铁锂SEM图，b)为实施例1中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂SEM图。
图3中a)为实施例1中制备得到的微波加热预处理磷酸铁锂XRD图，b)为实施例1中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂XRD图。
图4为实施例1中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂倍率性能测试图。
图5为实施例1-4中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂倍率性能测试图。
图6为对比例制备得到的正极材料磷酸铁锂SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取9.34g磷酸铁加入置40ml水中，随后依次加入2.01g的氢氧化锂和5g聚乙二醇，在1000rpm转速下搅拌7min，并以800mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为180℃，制备得到粉状前驱体，其含水量为20wt％；
(2)将粉状前驱体放入置于Al2O3坩埚中，置入频率为2450MHz微波反应器中，将，调控微波输入功率为600W，在氮气氛围下微波12min，进行温控微波加热预处理，得到粒径为35nm的微波加热预处理磷酸铁锂；
(3)将步骤(2)得到的微波加热预处理磷酸铁锂置入马弗炉中，在氮气气氛下，以14℃/min的升温速率加热至620℃，保温5.5h，进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
实施例2：一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取9.34g加入置溶于40ml水中，随后依次加入2.01g的氢氧化锂和0.6g葡萄糖，在1300rpm转速下搅拌4min，并以500mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为150℃，制备得到粉状前驱体，其含水量为32wt％；
(2)将粉状前驱体放入置于Al2O3坩埚中，置入频率为2450MHz微波反应器中，将，调控微波输入功率为500W，在氮气氛围下微波14min，进行温控微波加热预处理，得到粒径为43nm的微波加热预处理磷酸铁锂；
(3)将步骤(2)得到的微波加热预处理磷酸铁锂置入马弗炉中，在氮气气氛下，以13℃/min的升温速率加热至660℃，保温4.5h，进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
实施例3：一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取9.34g加入置溶于40ml水中，随后依次加入2.01g的氢氧化锂和0.4g蔗糖，在500rpm转速下搅拌17min，并以700mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为170℃，制备得到粉状前驱体，其含水量为19wt％；
(2)将粉状前驱体放入置于Al2O3坩埚中，置入频率为2450MHz微波反应器中，将，调控微波输入功率为600W，在氮气氛围下微波10min，进行温控微波加热预处理，得到粒径为32nm的微波加热预处理磷酸铁锂；
(3)将步骤(2)得到的微波加热预处理磷酸铁锂置入马弗炉中，在氮气气氛下，以11℃/min的升温速率加热至640℃，保温5h，进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
实施例4：一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取9.34g加入置溶于40ml水中，随后依次加入2.01g的氢氧化锂和4.5g一水柠檬酸，在800rpm转速下搅拌13min，并以300mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为130℃，制备得到粉状前驱体，其含水量为29wt％；
(2)将粉状前驱体放入置于Al2O3坩埚中，置入频率为2450MHz微波反应器中，调控微波输入功率为400W，在氮气氛围下微波12min，进行温控微波加热预处理，得到粒径为34nm的微波加热预处理磷酸铁锂；
(3)将步骤(2)得到的微波加热预处理磷酸铁锂置入马弗炉中，在氮气气氛下，以12℃/min的升温速率加热至680℃，保温4.3h，进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
实施例5：一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取6.4g草酸亚铁、2.94g醋酸锂和2.94g磷酸加入置50ml水中，随后加入0.8g乳糖，在200rpm转速下搅拌20min，并以100mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为100℃，制备得到粉状前驱体，其含水量为40wt％；
(2)将粉状前驱体放入置于Al2O3坩埚中，置入频率为2450MHz微波反应器中，调控微波输入功率为300W，在氮气氛围下微波20min，进行温控微波加热预处理，得到粒径为30nm的微波加热预处理磷酸铁锂；
(3)将步骤(2)得到的微波加热预处理磷酸铁锂置入马弗炉中，在氮气气氛下，以10℃/min的升温速率加热至700℃，保温4h，进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
实施例6：一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取5.06g草酸亚铁、2.32g醋酸锂和3.45g磷酸加入置50ml水中，随后加入0.7g麦芽糖，在1500rpm转速下搅拌1min，并以1000mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为200℃，制备得到粉状前驱体，其含水量为10wt％；
(2)将粉状前驱体放入置于Al2O3坩埚中，置入频率为2450MHz微波反应器中，将，调控微波输入功率为700W，在氮气氛围下微波5min，进行温控微波加热预处理，得到粒径为50nm的微波加热预处理磷酸铁锂；
(3)将步骤(2)得到的微波加热预处理磷酸铁锂置入马弗炉中，在氮气气氛下，以15℃/min的升温速率加热至600℃，保温6h，进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
将制备过程中得到的微波加热预处理磷酸铁锂和高倍率正极材料磷酸铁锂进行性能测试，检测步骤和数据如下：
将实施例1中温控微波加热预处理得到的微波加热预处理磷酸铁锂经丙酮洗脱、过滤、萃取，干燥后得到不完全碳化残留物，在400～4000cm-1范围内进行红外扫描，红外光谱图如图1所示。图中，3376.76cm-1对应的宽吸收带是氢键的吸收峰，O-H键伸缩峰一般在3670-3200cm-1区域内；1383.93cm-1附近为-OH弯曲振动吸收峰；C-H键3300-2800cm-1处伸缩振动产生吸收峰；C-O键伸缩振动在1410-1100cm-1处有强吸收，而图中1162.06cm-1附近为C-O醇羟基伸缩吸收峰，醚键1230-1310cm-1处有强吸收，红外光谱分析表明温控微波加热预处理中在微波选择性加热后有机碳源聚乙二醇裂解不完全，还有残存，小分子量的聚乙二醇、环氧乙烷等依然存在。
图2中a)为实施例1中制备得到的微波加热预处理磷酸铁锂SEM图，b)为实施例1中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂SEM图，实施例1中制备得到的微波加热预处理磷酸铁锂和高倍率正极材料磷酸铁锂晶胞参数如表1所示。
表1：实施例1微波加热预处理磷酸铁锂和高倍率正极材料磷酸铁锂晶胞参数。
Figure BDA0002181455950000081
从表1和SEM图中对比可知，温控微波加热预处理后的微波加热预处理磷酸铁锂和进行固相烧结后得到的高倍率正极材料磷酸铁锂粒径没有明显变化。
图3中a)为实施例1中制备得到的微波加热预处理磷酸铁锂XRD图，b)为实施例1中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂XRD图，图中对比可知，在固相烧结之后，超级纳米磷酸铁锂得到纯化，提高了结晶度。
取1克制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂和KS-6、PVDF以质量比为92:4:4混合，并加入8wt％的NMP调制成浆料，涂覆在铝箔上，烘干压制后制成电极。以金属锂为负极，PP为隔膜，电解液为1.1mol/L的LiPF6与碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)+碳酸甲乙酯(EMC)(体积比为4:3:3)混合溶液，在手套箱内装配为扣式电池，在0.2～80C的电流下进行容量测试，电压范围2.0V～3.8V，充放电制式：以0.2C的电流恒流充电，电压达到3.8V后，恒压充电至0.05C截止；分别以0.2C、2C、10C、20C、40C、80C恒流放电，放电终止电压2.0V。图4为实施例1中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂倍率性能测试图，图中可知，在0.2C、2C、10C、20C、40C、80C的放电比容量均表现较好，且0.2C首次放电比容量162mAh.g-1，80C放电比容量保持率为38.09％。
实施例1-4中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂晶胞参数如表2所示。
表2：实施例1-4晶胞参数。
Figure BDA0002181455950000082
Figure BDA0002181455950000091
从表2可知，实施例1-4制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂粒径为30-50nm。
图5为实施例1-4中制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂倍率性能测试图，图中可知在0.2C、2C、10C、20C、40C、80C的放电比容量均表现出较好的倍率性能。
对比例：正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)取9.34g磷酸铁加入置40ml水中，随后依次加入2.01g的氢氧化锂和5g聚乙二醇，在1000rpm转速下搅拌7min，并以800mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为180℃，制备得到粉状前驱体；
(2)将步骤(1)得到的粉状前驱体置入马弗炉中，在氮气气氛下，以14℃/min的升温速率加热至700℃，保温9h，进行固相烧结，得到正极材料磷酸铁锂。
对比例与实施例1的区别在于，对比例直接将粉状前驱体进行高温固相烧结，而不进行温控微波加热预处理，因此需要更长的加热时间，所得正极材料磷酸铁锂的粒径如图6所示，图中可知，所得正极材料磷酸铁锂的粒径大小为200nm左右，远远大于实施例1制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂的粒径，并且经过测试，0.2C、1C、2C放电比容量分别为138.7mAhg-1、118.7mAhg-1、108.4mAhg-1，倍率性能远低于实施例1中的磷酸铁锂材料。
通过上述实施例与对比例结果表明，本发明制备得到的高倍率正极材料磷酸铁锂粒径小、分布均一，且倍率性能高。

Claims (9)

1.一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）取锂源、铁源和磷源加入置溶剂中，随后加入有机碳源，得到混合液，在搅拌条件下将混合液喷雾干燥，制备得到粉状前驱体；
（2）将粉状前驱体置于微波反应器中，调控微波输入功率，进行温控微波加热预处理，得到微波加热预处理磷酸铁锂；
（3）将步骤（2）得到的微波加热预处理磷酸铁锂进行固相烧结，得到高倍率正极材料磷酸铁锂。
2.根据权利要求1所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述粉状前驱体呈半干状态，其含水量为10-40wt%。
3.根据权利要求1或2所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锂源、铁源和磷源的摩尔比为1:1:1；混合液中，有机碳源的浓度为0.01-0.13g/mL。
4.根据权利要求1或2所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述喷雾干燥的条件为：将混合液在200-1500rpm转速下搅拌1-20min，以100-1000mL/h的进料速度进入喷雾干燥机，喷雾进风温度为100-200℃。
5.根据权利要求1或2所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述微波输入功率为300W～700W；温控微波加热预处理为在氮气氛围下微波5-20min，所述微波加热预处理磷酸铁锂的粒径为30～50nm。
6.根据权利要求1或2所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述固相烧结条件为在氮气气氛中，以10-15℃/min的升温速率加热至600-700℃，保温4-6h。
7.根据权利要求1或2所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，所述锂源为醋酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、磷酸锂和磷酸二氢锂中的至少一种；所述磷源为磷酸铁、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸和磷酸锂中的至少一种；所述铁源为磷酸铁、草酸亚铁中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、聚乙二醇、一水柠檬酸、可溶性淀粉、柠檬酸或纤维素中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的一种高倍率正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水。
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