高压实磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明属于新能源正极材料，具体涉及一种高压实磷酸铁锂正极材料、其制备方法以及应用该磷酸铁锂正极材料的制得的锂离子电池。

背景技术：

1、近年来，随着化石能源对地球环境影响的日益加剧，清洁能源作为替代品正在被广泛应用，作为清洁能源主要构成部分的新能源电池正逐渐成为乘用车、大巴和储能的领域储存电能的首选。

2、目前新能源电池主要由磷酸铁锂电池、三元电池和高镍电池构成，其中磷酸铁锂电池因其正极材料中具备稳固的p-o键，难以分解，即便在高温或过充时也不会像其他正极材料一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。

3、然而，随着国家对续航里程的要求越来越高，对于高压实密度的磷酸铁锂的需求越来越多，要求磷酸铁锂的粉体压实为2.3g/ml以上。

4、因此，提升磷酸铁锂正极材料的性能，例如压实密度，放电容量，同时使得其制备方法的成本更低，对于该产业的发展有着深远的意义，是本领域的研究热点之一。

技术实现思路

1、为此，本发明的目的在于提供一种低成本、制备简便的磷酸铁锂正极材料制备方法，利用该方法制备得到的磷酸铁锂正极材料的压实密度和应用该磷酸铁锂正极材料制得的锂离子电池容量均得到提升。

2、本发明提供的高压实磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)选择大颗粒未粉碎的磷酸铁，所述磷酸铁的粒径为20-25μm，若以所述磷酸铁锂正极材料的原料所述磷酸铁的总质量为100％计，大颗粒未粉碎的所述磷酸铁含量占比为100％。

4、(2)将所述磷酸铁与锂源、碳源及溶剂混合均匀，再经研磨、喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，所述研磨进行到中值粒径d50＜0.5μm为止，喷雾干燥过程中，喷雾干燥塔雾化轮的转速为18000rmp-19500rmp；

5、(3)将所述磷酸铁锂前驱体在保护性气氛下焙烧、粉碎、筛分、除磁得到所述高压实磷酸铁锂正极材料。

6、优选地，所述步骤(2)中，通过调节所述喷雾干燥塔雾化轮的转速控制喷雾粒径为15-25μm。

7、优选地，所述步骤(2)中，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、草酸锂或醋酸锂中的任意一种或至少两种的组合。

8、优选地，所述步骤(2)中，所述锂源和所述磷酸铁，按锂元素：铁元素摩尔比为(0.95-1.05):1进行混合。

9、优选地，所述步骤(2)中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇的一种或者二种以上的混合碳源，当所述碳源为混合碳源时，所述碳源为葡萄糖与聚乙二醇按质量比1：2进行混合或者蔗糖与聚乙二醇按质量比1：1进行混合或者蔗糖、葡萄糖与聚乙二醇按质量比1：1：2进行混合的混合碳源。

10、优选地，所述步骤(2)中，所述碳源按所述磷酸铁锂前驱体质量的10％-15％加入。

11、优选地，所述步骤(2)中，所述研磨进行到中值粒径0.35μm＜d50＜0.5μm为止。

12、优选地，所述步骤(3)中，所述焙烧的加热速率为2～20℃/min，焙烧的温度为720～780℃，焙烧的时间为6～15h。

13、还提供一种磷酸铁锂正极材料，由上述方法制得，所述磷酸铁锂正极材料粉体压实密度大于2.55g/cm3。

14、还提供一种锂离子电池，应用上述的磷酸铁锂正极材料，所述锂离子电池0.1c放电在158-163mah/g之间。

15、与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、(1)本发明通过使用大颗粒未粉碎的磷酸铁原料与锂源混合后，经研磨到一定的中值粒径，再喷雾干燥，喷雾干燥过程中通过控制雾化轮的转速调节喷雾粒径，从而得到小粒径磷酸铁锂前驱体，再焙烧、粉碎、筛分、除磁可得到高压实密度磷酸铁锂正极材料，该磷酸铁锂正极材料粉体压实密度在2.55g/cm3以上。

17、(2)采用本发明制得的高压实密度磷酸铁锂作为正极活性材料制备得到的扣式锂离子电池具有优异的电化学性能，比容量高，循环性能好，0.1c放电在158-163mah/g之间。

18、(3)本发明制备高压实密度、高容量磷酸铁锂的方法工艺简单、可操作性强，而直接应用未经粉碎处理的大颗粒磷酸铁，工艺成本较低，既可以满足当前产业领域对磷酸铁锂正极材料压实密度的要求，又能提供良好的成本优势，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种高压实磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过调节所述喷雾干燥塔雾化轮的转速控制喷雾粒径为15-25μm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、草酸锂或醋酸锂中的任意一种或至少两种的组合。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述锂源和所述磷酸铁，按锂元素：铁元素摩尔比为(0.95-1.05):1进行混合。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇的一种或者二种以上的混合碳源，当所述碳源为混合碳源时，所述碳源为葡萄糖与聚乙二醇按质量比1：2进行混合或者蔗糖与聚乙二醇按质量比1：1进行混合或者蔗糖、葡萄糖与聚乙二醇按质量比1：1：2进行混合的混合碳源。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述碳源按所述磷酸铁锂前驱体质量的10％-15％加入。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述研磨进行到中值粒径0.35μm＜d50＜0.5μm为止。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述焙烧的加热速率为2～20℃/min，焙烧的温度为720～780℃，焙烧的时间为6～15h。

9.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，由如权利要求1至8任一项所述的方法制得，所述磷酸铁锂正极材料粉体压实密度大于2.55g/cm3。

10.一种锂离子电池，其特征在于，应用如权利要求9所述的磷酸铁锂正极材料，所述锂离子电池0.1c放电在158-163mah/g之间。

技术总结
本发明提供一种高压实磷酸铁锂正极材料及其制备方法，方法包括步骤：(1)选择大颗粒未粉碎的磷酸铁，所述磷酸铁的粒径为20‑25μm，若以所述磷酸铁锂正极材料的原料所述磷酸铁的总质量为100％计，大颗粒未粉碎的所述磷酸铁含量占比为100％；(2)将所述磷酸铁与锂源、碳源及溶剂混合均匀，再经研磨、喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体，研磨进行到中值粒径D50＜0.5μm为止，喷雾干燥过程中，喷雾干燥塔雾化轮的转速为18000rmp‑19500rmp；(3)将所述磷酸铁锂前驱体在保护性气氛下焙烧、粉碎、筛分、除磁得到所述高压实磷酸铁锂正极材料。还提供应用该磷酸铁锂正极材料的锂离子电池。

技术研发人员：梁成行,朱振文,张威,石洪建
受保护的技术使用者：贝特瑞（天津）纳米材料制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11