一种具有高压实密度单晶正极材料的制备方法与流程

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种具有高压实密度单晶正极材料的制备方法。

背景技术：

目前，随着科技的进步和经济的发展，锂离子电池应用越来越广泛。其中，磷酸铁锂材料为正极的锂离子电池具有极高的安全性、循环稳定性和可靠性，逐渐成为我国汽车动力电池的主流。但是，一般磷酸铁锂材料的压实密度较低，仅能达到2.3g/cm³左右，致使制成的锂离子电池比能量偏低。如果能大幅度提高磷酸铁锂材料的压实密度，磷酸铁锂电池的比能量就可能大幅度提高。同时节省很多辅材，可以有效降低成本。

从原理上分析，磷酸铁锂材料是由亚微米的一次晶粒组成的团聚体。在一次晶粒之间存在着大量的空隙，造成材料压实密度不高。同时，如果本应该紧密包覆在晶粒表面的碳呈弥散化分布，也会造成晶粒之间接触不紧密，造成压实密度下降。

从目前看来，如果想提高磷酸铁锂材料的压实密度，必须减少一次颗粒之间的间隙，因此，将磷酸铁锂一次颗粒做大，是一个有效的方法。目前，商业化的磷酸铁锂产品一次晶粒尺寸都在100-300nm，存在很难大幅度提高磷酸铁锂材料的压实密度等技术问题。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有高压实密度单晶正极材料的制备方法。

本发明的目的是提供一种具有工艺简单、操作方便，控制准确，大大提高磷酸铁锂材料的压实密度，从而提高磷酸铁锂电池的比能量等特点的具有高压实密度单晶正极材料的制备方法。

本发明高压实密度磷酸铁锂材料的制造工艺为：将磷酸铁材料首先在800-1000℃进行煅烧1-10h，促使磷酸铁晶粒长大。然后将锂源、碳源、晶粒生长促进剂混合均匀。在800-1000℃，氮气气氛进行烧结8-24小时。将成品经过粉碎、分级制成高密度磷酸铁锂材料。由于高温烧结时锂元素会挥发，在配料时锂必须过量。铁和锂的摩尔比为1：1.05-1.2。

其中，锂源为碳酸锂、单水氢氧化锂、或者无水氢氧化锂。碳源为葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇等可以裂解为碳的化合物。晶粒生长促进剂为氧化硅、氧化铝、氧化镁等可以通过形成玻璃相促进烧结的金属氧化物。

本发明的具体原理是：通过对磷酸铁原料进行高温处理，促使其晶粒长大(一般磷酸铁脱水热处理温度为400-600℃)。然后将原料混合均匀后，在高温烧结(一般磷酸铁锂材料的烧结温度700-750℃)，促使一次晶粒进一步长大。经过本发明提出的工艺，磷酸铁锂材料的一次晶粒可以生长到1微米以上，制成极片压实密度可以达到3.0以上。

本发明具有高压实密度单晶正极材料的制备方法所采取的技术方案是：

一种具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，其特征是：具有高压实密度单晶正极材料的制备方法包括以下工艺过程：

1)磷酸铁原料高温处理

磷酸铁材料首先在800-1000℃进行煅烧1-10h，使磷酸铁晶粒长大；

2)混合烧结

然后，磷酸铁与锂源、碳源、晶粒生长促进剂混合均匀，在800-1000℃，氮气气氛进行烧结8-24h；

3)粉碎、分级

经过粉碎、分级得到高密度磷酸铁锂材料。

本发明具有高压实密度单晶正极材料的制备方法还可以采用如下技术方案：

所述的具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，其特点是：混合烧结时，磷酸铁与锂源、碳源、晶粒生长促进剂质量比为：无水磷酸铁80，锂源以碳酸锂计21-25，碳源5-15，晶粒生长促进剂0.01-2。

所述的具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，其特点是：混合烧结时，磷酸铁与锂源中铁和锂的摩尔比为1：1.05-1.2。

所述的具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，其特点是：锂源为碳酸锂、单水氢氧化锂、或者无水氢氧化锂。

所述的具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，其特点是：碳源为葡萄糖、蔗糖或聚乙二醇。

所述的具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，其特点是：晶粒生长促进剂为氧化硅、氧化铝或氧化镁。

本发明具有的优点和积极效果是：

具有高压实密度单晶正极材料的制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明

附图说明

图1是本发明实施例1制备的磷酸铁锂电子显微镜照片；

图2是本发明实施例1制备的磷酸铁锂电子显微镜放大照片。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1和图2。

实施例1

一种具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，包括以下工艺过程：

1)磷酸铁原料高温处理：磷酸铁材料首先在800-1000℃进行煅烧1-10h，使磷酸铁晶粒长大；

2)混合烧结：然后，磷酸铁与锂源、碳源、晶粒生长促进剂混合均匀，在800-1000℃，氮气气氛进行烧结8-24h；

3)粉碎、分级：经过粉碎、分级得到高密度磷酸铁锂材料。

本实施例的具休实施过程：

将80g磷酸铁材料在800℃煅烧10h，促使磷酸铁晶粒长大。然后将20.56g碳酸锂(铁锂摩尔比1：1.05)、5g葡萄糖、0.01g氧化铝混合均匀。在1000℃，氮气气氛进行烧结8小时。再将经过粉碎、分级制成高密度磷酸铁锂材料。附图1为本实施例制造的磷酸铁锂材料电子显微镜照片。材料的一次晶粒平均尺寸为3.6微米。该材料制造的磷酸铁锂极片压实密度达到3.02g/cm³。

实施例2

一种具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，包括以下工艺过程：

1)磷酸铁原料高温处理：磷酸铁材料首先在800-1000℃进行煅烧1-10h，使磷酸铁晶粒长大；

2)混合烧结：然后，磷酸铁与锂源、碳源、晶粒生长促进剂混合均匀，在800-1000℃，氮气气氛进行烧结8-24h；

3)粉碎、分级：经过粉碎、分级得到高密度磷酸铁锂材料。

本实施例的具休实施过程：

将80Kg磷酸铁材料在1000℃煅烧1h，促使磷酸铁晶粒长大。然后将23.5Kg碳酸锂(铁锂摩尔比1：1.2)、15Kg蔗糖、2Kg氧化镁混合均匀。在800℃，氮气气氛进行烧结24小时。再将经过粉碎、分级制成高密度磷酸铁锂材料。材料的一次晶粒平均尺寸为3.0微米。该材料制造的磷酸铁锂极片压实密度达到2.96g/cm³。

实施例3

一种具有高压实密度单晶正极材料的制备方法，包括以下工艺过程：

1)磷酸铁原料高温处理：磷酸铁材料首先在800-1000℃进行煅烧1-10h，使磷酸铁晶粒长大；

2)混合烧结：然后，磷酸铁与锂源、碳源、晶粒生长促进剂混合均匀，在800-1000℃，氮气气氛进行烧结8-24h；

3)粉碎、分级：经过粉碎、分级得到高密度磷酸铁锂材料。

本实施例的具休实施过程：

将1000Kg磷酸铁材料在900℃煅烧5h，促使磷酸铁晶粒长大。然后将174.59Kg无水氢氧化锂(铁锂摩尔比1：1.1)、100Kg蔗糖、10Kg纳米氧化硅混合均匀。在920℃，氮气气氛进行烧结10小时。再将经过粉碎、分级制成高密度磷酸铁锂材料。材料的一次晶粒平均尺寸为3.1微米。该材料制造的磷酸铁锂极片压实密度达到3.02g/cm³。

本实施例具有所述的工艺简单、操作方便，控制准确，大大提高磷酸铁锂材料的压实密度，从而提高磷酸铁锂电池的比能量等积极效果。