一种磷酸铁锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法,将铁源、锂源、磷酸溶解后加入碳源，通过喷雾造粒得到含碳的磷酸铁锂正极材料。该制备方法可同时制备含有碳的锂复合氧化物，与现有技术中首先制备磷酸铁锂材料再附加包覆碳或结合碳的工序相比，步骤简单、制备时间短、节约了能源、降低了制备成本。通过高温燃烧法，碳源在高温下热分解产生碳，且产生的碳可以在磷酸铁锂材料内部均一地分散，并形成导电网络，使得正极材料导电性大幅提高，从而使锂离子电池具有出色的急速充放电性能同时具有较高的能量密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源材料
，涉及一种锂离子电池正极材料，具体地说涉及一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。
技术介绍
非水溶系二次电池由于具有高能量密度，近些年得到广泛关注，并已逐渐应用于手机、数码相机、笔记本电脑、电动汽车、油电混合汽车、铁路等的电源。在众多非水溶系电池中，最广为被市场接受的是锂离子二次电池。锂离子电池具有重量轻、能量密度高、工作电压高、循环寿命长、绿色环保等优势，对锂离子电池的研究成为备受关注的热点。正极材料是锂离子尤其是动力锂离子电池的关键组成，传统正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、钴镍锰酸锂(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)等锂和过渡金属的复合氧化物，其中，钴酸锂目前应用最多，但是其存在安全性差的问题，在150℃高温下易爆炸，且成本高、循环寿命短。锰酸锂虽然安全性较钴酸锂高，但高温状态下循环寿命短，仅有500次左右。镍酸锂存在合成困难、循环稳定性差的问题。而钴镍锰三元电池材料由于钴资源缺乏、价格高，也存在生产成本高、很难成为主流动力型锂离子电池的问题。并且上述材料均无法同时满足能量密度和急速充放电的要求，能量密度高时急速充放电性能下降，反之亦然。1997年John.B.Goodenough教授首次发现磷酸铁锂(LiFePO4)中的锂离子具有可逆转性嵌入和脱出的特性，可用作锂电池的正极材料，其理论容量为1700mAh/g，可逆充放电比容量高。磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固性高，难以分解，即便在高温或过充时也不会如钴酸锂一般结构崩塌发热或形成强氧化物质，电热峰值可达350-500℃，具有很高的安全性。同时磷酸铁锂还具有良好的循环性能，充放电次数可达1000次以上，在充电的时候磷酸铁锂体积缩小，与碳负极配合时体积效应好，并且其与大多数电解液系统兼容性都较好，无毒环保，原材料来源广泛，价格低廉，具有广泛的应用前景。为了赋予磷酸铁锂良好的导电性，采用碳复合的方法制备正极材料近些年也得到了应用，碳的引入可以提高二次电池的容量，但是现有碳复合方法得到的正极材料依然存在急速充放电性能和能量密度无法兼得的问题，并且由于碳含量无法精确控制，在急速充放电的时候，极板间的电压无法取得平衡，易引起电池故障。现有复合碳的锂离子电池正极材料制备方法可以使锂复合氧化物结晶化，但是控制碳含量很困难，极板不良率和电池故障率较高。
技术实现思路
为此，本专利技术正是要解决上述技术问题，从而提出一种含碳的可急速充放电、能量密度高的磷酸铁锂正极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：本专利技术提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法,其包括如下步骤：a、按照Fe、Li、P的摩尔比为1:1:1将铁源、锂源、磷酸溶解并混合均匀，得到混合溶液；b、向所述混合溶液中加入碳源并搅拌均匀，所述碳源的质量占所述混合溶液质量的5-20％，得到反应原液；c、将所述反应原液喷雾造粒，形成掺杂有碳的磷酸铁锂正极材料。作为优选，所述步骤c中所述喷雾造粒的方法为喷雾燃烧法、喷雾热分解法或喷雾干燥法。作为优选，所述喷雾造粒的方法为喷雾燃烧法，其中烧成温度为500-900℃，烧成时间为1-24h。作为优选，所述锂源为硝酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、铵盐、氧化物、氢氧化物、有机盐中的至少一种；所述铁源为硝酸盐、氯化物、硫酸盐、铵盐中的至少一种。作为优选，所述有机盐为醇盐、甲酸盐或乙酸盐。作为优选，所述碳源为糖类或羟基羧酸。作为优选，所述糖类为蔗糖、白砂糖或果糖中的至少一种，所述羟基羧酸为枸橼酸、羟基丁二酸、丙二酸、酒石酸、马来酸中的至少一种。作为优选，所述步骤c中喷雾步骤为由喷嘴压缩或超声波震荡制得喷雾液滴；所述喷嘴为二流体喷嘴或四流体喷嘴，所述喷嘴的孔径为1-50μm。作为优选，所述喷雾燃烧法中烧成所述反应原液喷雾时通入载气，所述载气用于使所述反应原液喷雾流通。作为优选，所述载气为空气、氮气、氩气、氩-氢混合气体、氮-氩混合气体中的任一种。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本专利技术所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法,将铁源、锂源、磷酸溶解后加入碳源，通过喷雾造粒得到含碳的磷酸铁锂正极材料。该制备方法可同时制备含有碳的锂复合氧化物，与现有技术中首先制备磷酸铁锂材料再附加包覆碳或结合碳的工序相比，步骤简单、制备时间短、节约了能源、降低了制备成本。(2)本专利技术所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法,所述含碳的磷酸铁锂正极材料由喷雾燃烧法制备，烧成温度为500-900℃，烧成时间为1-24h。通过高温烧成，碳源在高温下热分解产生碳和氢气，氢气挥发后产生的碳可以在磷酸铁锂材料内部均一地分散，并形成导电网络，使得正极材料导电性大幅提高，从而使锂离子电池具有出色的急速充放电性能同时具有较高的能量密度。通过此方法可以精确控制正极材料中的碳含量，从而提高了极板良率，提高了电池品质。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1.是本专利技术实施例1、2、4所述方法制得产物的X射线衍射图；图2.是本专利技术实施例2所述方法制得产物的扫描电子显微镜图；图3.是本专利技术实施例1、4、6所述方法制得产物的放电曲线图；图4.是本专利技术实施例1所述方法制得产物的循环特性曲线图。具体实施方式实施例1本实施例提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法,其包括如下步骤：a、按照元素Fe、Li、P的摩尔比为1:1:1将铁源、锂源、磷酸(H3PO3)用水或乙醇溶解并混合均匀，得到混合溶液，本实施例中，所述铁源为硝酸铁(Fe(NO3)3)，所述锂源为硝酸锂(Li(NO3))，所述磷酸可以为焦磷酸或偏磷酸中的至少一种，将三种原料混合后加水搅拌使之充分溶解；b、向所述混合溶液中加入碳源，所述碳源的质量占所述混合溶液质量的10％，所述碳源为蔗糖，将所述蔗糖与所述混合溶液搅拌均匀，得到反应原液；c、将所述反应原液用孔径为25μm的二流体喷嘴加压制为喷雾液滴，经过所述喷嘴的反应原液流量为10L/min，然后将喷雾液滴在燃烧装置中引入火焰高温燃烧，所述烧成装置为燃烧炉，所述燃烧炉的燃烧温度为500℃，燃烧时间3h，烧成时，向燃烧炉中通入载气，所述载气为空气，在高温下反应原液反应为磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料，同时蔗糖在500℃高温下热分解产生碳，且碳在磷酸铁锂材料中均匀分布。实施例2本实施例提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法,其包括如下步骤：a、按照元素Fe、Li、P的摩尔比为1:1:1将铁源、锂源、磷酸(H3PO3)用水或乙醇溶解并混合均匀，得到混合溶液，本实施例中，所述铁源为硝酸铁与硫酸铁的混合物，二者的摩尔比为1:1，所述锂源为硫酸锂(Li2(SO4))，将三种原料混合后加水搅拌使之充分溶解；b、向所述混合溶液中加入碳源，所述碳源的质量占所述混合溶液质量的5％，所述碳源为白砂糖，将所述白砂糖与所述混合溶液搅拌均匀，得到反应原液；c、将所述反应原液用孔径为1μm的二流体喷嘴加压制为喷雾液滴，经过所述喷嘴的反应原液流量为12L/min，然后将喷雾液滴在燃烧装置中引入火焰高温燃烧，所述烧成装置为燃烧炉，所述燃烧炉的燃烧温度为600℃，燃烧时间2h，烧成时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁锂正极材料的制备方法,其特征在于，包括如下步骤：a、按照Fe、Li、P的摩尔比为1:1:1将铁源、锂源、磷酸溶解并混合均匀，得到混合溶液；b、向所述混合溶液中加入碳源并搅拌均匀，所述碳源的质量占所述混合溶液质量的5‑20％，得到反应原液；c、将所述反应原液喷雾造粒，形成掺杂有碳的磷酸铁锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法,其特征在于，包括如下步骤：a、按照Fe、Li、P的摩尔比为1:1:1将铁源、锂源、磷酸溶解并混合均匀，得到混合溶液；b、向所述混合溶液中加入碳源并搅拌均匀，所述碳源的质量占所述混合溶液质量的5-20％，得到反应原液；c、将所述反应原液喷雾造粒，形成掺杂有碳的磷酸铁锂正极材料。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法,其特征在于，所述步骤c中所述喷雾造粒的方法为喷雾燃烧法、喷雾热分解法或喷雾干燥法。3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法,其特征在于，所述喷雾造粒的方法为喷雾燃烧法，其中烧成温度为500-900℃，烧成时间为1-24h。4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法,其特征在于，所述锂源为硝酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、铵盐、氧化物、氢氧化物、有机盐中的至少一种；所述铁源为硝酸盐、氯化物、硫酸盐、铵盐中的至少一种。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：获原隆，陈庆，吉川晃敏，
申请(专利权)人：深圳复兴新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44