一种球形磷酸铁锂复合正极材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种球形磷酸铁锂复合正极材料及制备方法。所述磷酸铁锂正极材料由以下步骤制得：a、将锂源、磷源、铁源、酒石酸加入溶剂，然后加入微孔球形基材,在反应容器中加热反应，洗涤，分离，干燥，制得球形磷酸铁锂复合前驱体；b、将前驱体在氮气氛围下进行阶段升温煅烧，制得球形磷酸铁锂复合正极材料。所述方法具有以下有益效果：本发明专利技术制备的正极材料前驱体颗粒呈现规则的球状，结晶性能好，获得的球形大颗粒磷酸铁锂正极材料振实密度大，比容量高，倍率性能优良，并且制备工艺简单，能耗低，成本低，适合大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种球形磷酸铁锂复合正极材料及制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及正极材料的制备，尤其是涉及一种球形磷酸铁锂复合正极材料及制备方法。
技术介绍
锂离子电池是新一代绿色高能电源，自从其1990年面世以来，就具有比能量高，循环寿命长，无记忆效应，自放电小以及工作温度范围广等优点，已被广泛的应用于多种便携式电子产品的移动电源和小型电动工具上。锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例，其性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。磷酸铁锂以铁、磷为原料，其来源丰富，价格低廉，被认为是动力锂离子电池首选正极材料。磷酸铁锂放电平台3.2~3.3V，低于钴酸锂、锰酸锂3.6~3.7V，但其放电平台更平稳；磷酸铁锂具有优良的大电流放电特性，可承受7C的连续放电及20C以上的瞬间放电。磷酸铁锂以其在价格、安全性、热稳定性及大倍率放电性等方面的特性，决定了其在动力用锂离子电池领域有着无法比拟的优势，有着极大的市场空间。目前，磷酸铁锂的合成还是以固相合成为主。即将铁源、磷源、锂源在一起研磨混合，然后再在惰性气体保护下高温煅烧合成。专利申请号201810069539.0公开了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法包含以下步骤：（1）浆料制备：将铁盐、磷盐加入碱溶液中，加热反应，得到磷铁化合物浆料；（2）湿法球磨：在浆料中加入掺杂改性剂、碳源和锂盐，湿法球磨至粒度为50~150nm；（3）喷雾造粒：将球磨后的浆料喷雾造粒，得球形前驱体；（4）高温烧结：将球形前驱体在惰性气氛下烧结，降温至室温后得到磷酸铁锂正极材料。专利申请号201711107890.6公开了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法，属于锂电池
其制备材料中包括有按重量份计的氢氧化锂20~40份、微晶纤维素30~70份、水30~40份、磷酸铁90~150份，是经过原料反应、制备浆料、干燥、烧结步骤进而制备得到。专利申请号201810001224.2公开了一种球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。包括以下步骤：将锂源、碳源、磷酸铁和添加剂加入水中混合均匀，再对混合所得浆料进行研磨，然后用气流喷雾干燥设备对研磨后的浆料喷雾造粒，再将喷雾造粒所得物料烧结，烧结完成后得到球形磷酸铁锂复合正极材料。专利申请号201810054891.7公开了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法先配置酚类/磷酸铁锂前驱体混合液，再添加醛类溶液，之后在高压反应釜条件下进行酚醛缩合的水热反应，得到酚醛树脂形成的磷酸铁锂第一包覆层，之后在其表面包覆聚乙烯吡咯烷酮得到第二包覆层，最后经过喷雾干燥、烧结制备得到磷酸铁锂正极材料。由此可见，现有技术中用于锂离子电池的磷酸锂铁正极材料，存在产品粒度分布范围宽，晶体粒径大，粉体是无规则颗粒，堆积密度低，一般振实密度只有1.0g/cm3，远低于目前钴酸锂（2.8g/cm3）、锰酸锂（2.4g/cm3）、三元材料（2.2g/cm3）)的振实密度，低的堆积密度使得磷酸铁锂的体积容量比其它锂离子正极材料低得多，阻碍了该材料在动力锂电池领域的应用。
技术实现思路
为有效解决上述技术问题，本专利技术提出了一种球形磷酸铁锂复合正极材料及制备方法，可有效改善磷酸锂铁正极材料的形貌特征，并且振实密度高，性能优异。本专利技术的具体技术方案如下：一种球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，所述球形磷酸铁锂复合正极材料是由锂源、磷源和铁源在酒石酸的存在下，加入微孔球形基材进行反应制得球形磷酸铁锂复合前驱体，再球磨并阶段升温煅烧而制得，具体的制备步骤为：a、将锂源、磷源和铁源混合，采用溶剂将混合物溶解，加入锂源、磷源和铁源总重量的40%的晶体生长抑制剂酒石酸，然后加入微孔球形基材，转移至聚四氟乙烯材质的反应容器中，加热至220~250℃反应1~3h，反应结束后冷却，再用去离子水和乙醇洗涤，经离心分离、干燥，制得球形磷酸铁锂复合前驱体；b、将步骤a制得的球形磷酸铁锂复合前驱体球磨，在氮气氛围下进行阶段升温煅烧，制得球形磷酸铁锂复合正极材料。优选的，所述步骤a中，锂源为氢氧化锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的至少一种。优选的，所述步骤a中，磷源为磷酸、磷酸铁、磷酸锂中的至少一种。优选的，所述步骤a中，铁源为醋酸铁、磷酸铁、磷酸亚铁中的至少一种。优选的，所述步骤a中，锂源、铁源、磷源中的物质的摩尔比为Li:Fe:P=1~3:1:1。优选的，所述步骤a中，溶剂为乙醇、丁醇中的一种。优选的，步骤a中，微孔球形基材为粒径为2-10微米的球状微孔钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂中的至少一种。优选的，所述步骤a中，球形磷酸铁锂复合前驱体中微孔球形基材的质量比例为10%。优选的，所述步骤b中，阶段升温煅烧的方式为，先在400℃下煅烧2h，然后在650℃下煅烧2h，最后在770℃下煅烧10~15h；所述升温速度为4℃/min。本专利技术利用水热法，在较低温度下，短时间内制备磷酸铁锂复合前驱体。同时，在制备过程加入晶体生长抑制剂相结合，晶体生长抑制剂的大量使用，导致磷酸铁锂在微孔球形基材的网孔内生长为微小晶粒，并且通过微孔球形基材自组装的形式复合形成球状结构。工艺简单，能耗低，产品性能优异，球形易控。本专利技术上述内容还提出一种球形磷酸铁锂复合正极材料，由以下步骤制得：a、将锂源、磷源、铁源、酒石酸加入溶剂，然后加入微孔球形基材，在反应容器中加热反应，洗涤，分离，干燥，制得球形磷酸铁锂复合前驱体；b、将前驱体球磨，在氮气氛围下进行阶段升温煅烧，即得。本专利技术的有益效果为：1.提出了利用低温水热法制备球形磷酸铁锂复合正极材料的方法。2.本专利技术制备的正极材料前驱体颗粒呈现规则的球状，由细小晶粒组装而成，结晶性能好，获得的球形大颗粒振实密度大，比容量高，倍率性能优良。3.本专利技术的制备工艺简单，能耗低，成本低，适合大规模生产。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1a、将锂源、磷源和铁源混合，采用溶剂将混合物溶解，加入锂源、磷源和铁源总重量的40%的晶体生长抑制剂酒石酸，然后加入微孔球形基材,转移至聚四氟乙烯材质的反应容器中，加热至235℃反应2h，反应结束后冷却，再用去离子水和乙醇洗涤，经离心分离、干燥，制得球形磷酸铁锂复合前驱体；其中，锂源为氢氧化锂，磷源为磷酸，铁源为醋酸铁，溶剂为乙醇；锂源、磷源、铁源中的物质的摩尔比为Li:Fe:P=2:1:1；微孔球形基材为粒径为2-10微米的球状微孔钴酸锂；球形磷酸铁锂复合前驱体中微孔球形基材的质量比例为10%；b、将步骤a制得的球形磷酸铁锂复合前驱体球磨，在氮气氛围下进行阶段升温煅烧，阶段升温煅烧的方式为，先在400℃下煅烧2h，然后在650℃下煅烧2h，最后在770℃下煅烧12h，升温速度为4℃/min，制得球形磷酸铁锂复合正极材料。实施例2a、将锂源、磷源和铁源混合，采用溶剂将混合物溶解，加入锂源、磷源和铁源总重量的40%的晶体生长抑制剂酒石酸，然后加入微孔球形基材,转移至聚四氟乙烯材质的反应容器中，加热至220℃反应3h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述球形磷酸铁锂复合正极材料是由锂源、磷源和铁源在酒石酸的存在下加入微孔球形基材,进行反应制得球形磷酸铁锂复合前驱体，再球磨并阶段升温煅烧而制得，具体的制备步骤为：a、将锂源、磷源和铁源混合，采用溶剂将混合物溶解，加入锂源、磷源和铁源总重量的40%的晶体生长抑制剂酒石酸，然后加入微孔球形基材,转移至聚四氟乙烯材质的反应容器中，加热至220~250℃反应1~3h，反应结束后冷却，再用去离子水和乙醇洗涤，经离心分离、干燥，制得球形磷酸铁锂复合前驱体；b、将步骤a制得的球形磷酸铁锂复合前驱体球磨，在氮气氛围下进行阶段升温煅烧，制得球形磷酸铁锂复合正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述球形磷酸铁锂复合正极材料是由锂源、磷源和铁源在酒石酸的存在下加入微孔球形基材,进行反应制得球形磷酸铁锂复合前驱体，再球磨并阶段升温煅烧而制得，具体的制备步骤为：a、将锂源、磷源和铁源混合，采用溶剂将混合物溶解，加入锂源、磷源和铁源总重量的40%的晶体生长抑制剂酒石酸，然后加入微孔球形基材,转移至聚四氟乙烯材质的反应容器中，加热至220~250℃反应1~3h，反应结束后冷却，再用去离子水和乙醇洗涤，经离心分离、干燥，制得球形磷酸铁锂复合前驱体；b、将步骤a制得的球形磷酸铁锂复合前驱体球磨，在氮气氛围下进行阶段升温煅烧，制得球形磷酸铁锂复合正极材料。2.根据权利要求1所述一种球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，锂源为氢氧化锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的至少一种。3.根据权利要求1所述一种球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，磷源为磷酸、磷酸铁、磷酸锂中的至少一种。4.根据权利要求1所述一种球形磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，文奇，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51