一种高倍率磷酸铁锂正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池电极材料领域，具体涉及一种高倍率磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、磷酸铁锂电池已广泛应用于动力电池以及储能电池等领域，随着锂电池应用的推广，用作启动电池的高倍率磷酸铁锂电池也受到广泛关注。但由于磷酸铁锂其本身的离子电导率及电子电导率较低，使得倍率性能较差，极大限制了磷酸铁锂电池的应用。为此研发一种高倍率性能的磷酸铁锂电池具有重要意义。

2、目前磷酸铁锂正极材料的工业化生产技术有磷酸铁工艺、草酸亚铁工艺、铁红工艺、硝酸铁工艺和水热法工艺等，其中以磷酸铁工艺为主。磷酸铁工艺流程主要有配料(以磷酸铁和碳酸锂为磷铁锂原料)、粗磨、细磨、喷雾干燥、烧结、粉碎、批混、除磁、包装，其中粉碎前的工艺对磷酸铁锂倍率性能影响较大。在制备高倍率磷酸铁锂的工艺中，通常将粉料研磨至200nm以下，保证颗粒的完全反应，但将粒度降低则更容易引发颗粒之间的团聚，这将在后续的烧结工序中导致晶粒的过度生长；当碳酸锂溶于水后呈碱性，在水中电离出氢氧根离子，容易与磷酸铁溶于水中的三价铁离子反应，生成红色的氢氧化铁。在400℃左右，氢氧化铁分解带来的水蒸气会与原料中的碳源反应生成水煤气，使得材料的碳包覆程度下降，导致晶粒的过度长大以及离子电导率的下降；在仅有磷酸铁与碳酸锂参与反应时，为保证磷酸铁与碳酸锂反应完全，通常需要较长的保温时间，但较长的保温时间使磷酸铁锂晶粒较大且出现较多的二次长大现象。晶粒的大小直接影响磷酸铁锂的倍率性能，通常晶粒更小的材料拥有更高的倍率性能。因此，部分厂家为防止氢氧化铁的过量产生，在研磨时通常加入无水乙醇来降低颗粒的表面能，添加乙醇后需要乙醇的回收设备，且厂房的建设等级也需要升级，使成本增加的同时也给大批量生产带来一定的安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种高倍率磷酸铁锂正极材料及其制备方法，解决现有技术制备磷酸铁锂正极材料过程中，由于晶粒过度生长导致倍率性能较差的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将粉体原料与溶剂混合，搅拌均匀得到物料a；所述粉体原料为铁源、锂源、非铁磷酸盐、研磨助剂、第三相抑制剂和有机碳源的混合物，其中，锂铁磷的摩尔比为(1～1.5)：(0.95～1)：1；非铁磷酸盐占粉体中总磷摩尔量的2～4％；非铁磷酸盐是不含磷酸铁的磷酸盐；(2)将物料a进行研磨,得到浆料b；(3)将浆料b干燥为粉料c；(4)在保护气氛下，将粉料c进行烧成，得到高倍率磷酸铁锂正极材料。

4、第二方面，本发明提供一种上述制备方法制得的高倍率磷酸铁锂正极材料。

5、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

6、本发明通过添加非铁磷酸盐，降低三价铁离子的游离量，以减少浆料干燥过程中产生的氢氧化铁；添加助磨剂，降低物料的初始粒径以及降低研磨的副反应产物生成，提高效率，从而提高碳的包覆，阻碍颗粒长大，利于制备纳米的磷酸铁锂；通过添加第三相抑制剂，抑制颗粒长大；通过以上方法配合，能够有效提高磷酸铁锂的倍率性能(1c放电比容量为150～155mah/g，3c放电比容量为143～148mah/g)；且研磨时不需添加乙醇，制备的高倍率产品成本低，提高生产的安全性。

技术特征：

1.一种高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铁源包括磷酸铁和氧化铁；锂源包括碳酸锂；物料a中的固含量为20～40％；

3.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，非铁磷酸盐包括磷酸二氢锂、磷酸钾、磷酸钠、磷酸钙、磷酸二氢铵和磷酸二氢钙中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，助磨剂包括炭黑、磷酸三钙、刚玉、氧化镁、氧化铬和金刚石中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第三相抑制剂包括二氧化钒、氧化钇、氧化铈、氧化镧、刚玉、氧化镁和氧化铁中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溶剂为水；有机碳源包括聚乙二醇和葡萄糖中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，通过纳米砂磨机将物料a研磨至粒度达到200nm以下，得到浆料b。

8.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，通过离心喷雾方式将浆料b进行干燥，喷雾进风温度为160～200℃。

9.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，烧成是在氮气气氛下，升温至700～740℃保温7～9h。

10.如权利要求1-9任一项所述制备方法制得的高倍率磷酸铁锂正极材料。

技术总结
本发明涉及一种高倍率磷酸铁锂正极材料及其制备方法，包括以下步骤：将粉体原料与溶剂混合，搅拌均匀得到物料A；所述粉体原料为铁源、锂源、非铁磷酸盐、研磨助剂、第三相抑制剂和有机碳源的混合物，其中，锂铁磷的摩尔比为(1～1.5)：(0.95～1)：1；非铁磷酸盐占粉体中总磷摩尔量的2～4％；非铁磷酸盐是不含磷酸铁的磷酸盐；将物料A进行研磨,得到浆料B；将浆料B干燥为粉料C；在保护气氛下，将粉料C进行烧成，得到高倍率磷酸铁锂正极材料。本发明能够有效提高磷酸铁锂的倍率性能。

技术研发人员：温立冬,刘长来,夏诗忠,廖从银,陈琳,张行祥,雷青国
受保护的技术使用者：骆驼集团资源循环襄阳有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6