一种制备磷酸铁锂正极材料的方法与流程

本发明涉及材料，具体涉及一种制备磷酸铁锂正极材料的方法。

背景技术：

1、磷酸铁锂(lifepo4)因具有循环性能良好、理论比容量高(～170mah/g)、热稳定性能优良以及成本低廉等优点，在锂离子电池正极材料中占有不可取代的地位。

2、然而，磷酸铁锂的导电性较差，导致其倍率性能较差，这严重制约了磷酸铁锂在大功率锂离子电池中的应用。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中制备的磷酸铁锂的导电性较差的缺陷，从而提供一种制备磷酸铁锂正极材料的方法。

2、为此，本发明提供一种制备磷酸铁锂正极材料的方法，包括如下步骤：

3、将锂源、铁源、磷源和碳源混匀并干燥，得预混物料；

4、于保护气体气氛中，将所述预混物料以第一升温速率升温至第一烧结温度t1，并于所述第一烧结温度t1下烧结第一时长t1，得预烧结产物；

5、将所述预烧结产物以第二升温速率升温至第二烧结温度t2，并于所述第二烧结温度t2下烧结第二时长t2；

6、其中，400℃≤t1≤500℃，2h≤t1≤6h，660℃≤t2≤800℃，6h≤t2≤10h，且0.2≤(t2/t1-1.3)×t2/t1≤3.5。

7、可选地，400℃≤t1≤450℃，4h≤t1≤6h，660℃≤t2≤750℃，6h≤t2≤8h。

8、可选地，所述第一升温速率为1～3℃/min；

9、可选地，所述第二升温速率为2～4℃/min。

10、可选地，所述预混物料的粒度d50为4μm～8μm。

11、可选地，所述将锂源、铁源、磷源和碳源混匀并干燥，包括：

12、将所述锂源、所述铁源和所述磷源混合，再加入所述碳源，得混合料；

13、对所述混合料进行湿法研磨，得研磨料；

14、对所述研磨料进行喷雾干燥，得所述预混物料。

15、可选地，所述湿法研磨的条件包括：转速为800～1000转/min，时间为8～10h。

16、可选地，所述喷雾干燥的条件包括：喷雾压力为0.3～0.5mpa，喷雾温度为120～150℃。

17、可选地，在将所述锂源、所述铁源、所述磷源和所述碳源混合时，铁元素与磷元素的摩尔比为(0.99～1.01)：1，锂元素与铁元素的摩尔比为(0.95～1.05)：1，所述碳源与所述铁源的重量比为(0.06～0.1)：1。

18、可选地，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、磷酸氢二锂中的至少一种；

19、可选地，所述铁源选自磷酸铁、氧化铁中的至少一种；

20、可选地，所述磷源选自磷酸铁、磷酸氢二锂、磷酸二氢锂、磷酸中的至少一种；

21、可选地，所述碳源选自聚丁二烯、葡萄糖、抗坏血酸中的至少一种。

22、可选地，烧结所述第二时长t2后，所述方法还包括：将烧结产物进行冷却、过筛，得到粒径为4μm～8μm的磷酸铁锂正极材料。

23、本发明技术方案，具有如下优点：

24、本发明提供的制备磷酸铁锂正极材料的方法，采用两步烧结法进行烧结，通过调控两步烧结的温度、时间，以及两步烧结的温度、时间之间的关系，来优化烧结得到的磷酸铁锂的颗粒尺寸，能够在保证其放电容量不被损失的情况下，提升其导电性及锂离子扩散系数，进而提升其倍率性能。

25、具体地，于第一烧结温度下烧结第一时长的阶段，主要是锂源脱水变成熔融态并与铁源和磷源反应的阶段，该阶段能够促进锂源、铁源和磷源形成更多的晶核，从而有效减小一次颗粒的长大；若第一烧结温度过高，会导致成核速度过快，第一烧结温度过低，反应不能发生；若第一时长太长，会导致合成的磷酸铁锂材料内部缺陷偏多。

26、于第二烧结温度下烧结第二时长，能够使第一步烧结过程中形成的一次颗粒长大，提高磷酸铁锂材料的结晶性；若第二烧结温度偏低、第二时长偏短，会使磷酸铁锂材料的结晶度变差，材料晶型不够完整，结构不稳定；若第二烧结温度过高、第二时长过长，会使磷酸铁锂材料的颗粒变大，且部分磷酸铁锂会被还原成fe2p，导致磷酸铁锂材料的导电性变差。

27、此外，经实验研究发现，在(t2/t1-1.3)×t2/t1的结果为0.2-3.5范围内的情况下，两步烧结得到的磷酸铁锂材料具备优良的倍率性能，且该结果越小，磷酸铁锂材料的倍率性能越好。

技术特征：

1.一种制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，400℃≤t1≤450℃，4h≤t1≤6h，660℃≤t2≤750℃，6h≤t2≤8h。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一升温速率为1～3℃/min；

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预混物料的粒度d50为4μm～8μm。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述将锂源、铁源、磷源和碳源混匀并干燥，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述湿法研磨的条件包括：转速为800～1000转/min，时间为8～10h。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷雾干燥的条件包括：喷雾压力为0.3～0.5mpa，喷雾温度为120～150℃。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述锂源、所述铁源、所述磷源和所述碳源混合时，铁元素与磷元素的摩尔比为(0.99～1.01)：1，锂元素与铁元素的摩尔比为(0.95～1.05)：1，所述碳源与所述铁源的重量比为(0.06～0.1)：1。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、磷酸氢二锂中的至少一种；

10.根据权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，烧结所述第二时长t2后，所述方法还包括：

技术总结
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种制备磷酸铁锂正极材料的方法。该方法采用两步烧结法进行烧结，通过调控两步烧结的温度、时间，以及两步烧结的温度、时间之间的关系，来优化烧结得到的磷酸铁锂的颗粒尺寸，能够在保证其放电容量不被损失的情况下，提升其导电性及锂离子扩散系数，进而提升其倍率性能。

技术研发人员：王壮,张树涛,李子郯,白艳,王亚州,杨红新
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13