磷酸铁锂正极材料及其制备方法和电池技术

本发明专利技术涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和电池，制备方法包括以下步骤：步骤一：将磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结得到磷酸铁锂晶种；步骤二：将所述磷酸铁锂晶种与磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结，得到所述磷酸铁锂正极材料。第一次烧结处理得到的晶种可以促进第二次烧结处理中磷酸铁锂晶体的生长，进而形成大小晶粒错落搭配，减少了颗粒之间的间隙，使颗粒接触紧密，提高了压实密度，同时第二次烧结处理加入的磷酸铁、锂源和碳源等形成的磷酸铁锂晶体由于只经历一次烧结处理过程，较为容易获得高容量，从而可使最终电池产品获得高能量密度。

Lithium iron phosphate cathode materials and their preparation methods and batteries

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂正极材料及其制备方法和电池
本专利技术涉及能源材料
，特别是涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和电池。
技术介绍
磷酸铁锂是近几年来发展迅速的锂离子电池正极材料，其特点是价格低廉，无毒，无污染，而且安全性高。且由于磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性，循环稳定性优异。因此，磷酸铁锂是一种颇具潜力的正极材料，可广泛应用于储能、电动汽车、电动工具等领域。但是，与钴酸锂、三元材料相比，磷酸铁锂材料的压实密度低，导致制成的电池能量密度不是特别高，目前其制成的电池能量密度只有140Wh/kg，严重阻碍了磷酸铁锂材料的实际应用和广泛普及。从长远来看，未来锂离子电池必将朝着高能量密度方向发展，这决定了锂离子正极材料必须始终积极推进压实密度和放电容量的提高，特别是磷酸铁锂正极材料在这方面具有先天性缺陷，因此迫切需要通过工艺技术来提高压实密度和放电容量，进而提升电池的能量密度。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种压实密度较高的磷酸铁锂正极材料的制备方法。一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结得到磷酸铁锂晶种；步骤二：将所述磷酸铁锂晶种与磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结，得到所述磷酸铁锂正极材料。本专利技术的制备方法主要通过二次烧结处理来制备得到高压实密度、高容量的磷酸铁锂材料，其中利用经过第一次烧结处理的磷酸铁锂材料作为晶种，然后再次掺混一定比例的磷酸铁、锂源和碳源等原料，进行第二次烧结处理。第一次烧结处理得到的晶种可以促进第二次烧结处理中磷酸铁锂晶体的生长，进而形成大小晶粒错落搭配，减少了颗粒之间的间隙，使颗粒接触紧密，提高了压实密度，同时第二次烧结处理加入的磷酸铁、锂源和碳源等形成的磷酸铁锂晶体由于只经历一次烧结处理过程，较为容易获得高容量，从而可使最终电池产品获得高能量密度，同时内阻也有所降低，从而改善循环性能。在其中一个实施例中，所述步骤一中，磷酸铁中的铁原子和锂源中的锂原子的摩尔比为1:(1～1.06)，碳源的质量为磷酸铁的质量的3％～20％。在其中一个实施例中，所述步骤二中，磷酸铁锂晶种中的磷酸铁锂与磷酸铁中的铁原子、锂源中的锂原子的摩尔比为(0.05～1):1:(1～1.06)，碳源的质量为磷酸铁的质量的3％～20％。在其中一个实施例中，所述步骤一和所述步骤二中的烧结的条件均为：在惰性气体气氛中进行，烧结温度为650℃～850℃，保温时间为5小时～12小时。在其中一个实施例中，所述步骤一和所述步骤二中，所述粉料的制备包括以下步骤：将各原料分散于溶剂中并研磨得到浆料，然后进行干燥造粒。在其中一个实施例中，所述浆料的中值粒径为0.1μm～2μm。在其中一个实施例中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、酚醛树脂、石墨和碳纳米管中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述添加剂为镁的化合物、铝的化合物、钛的化合物、铌的化合物、锆的化合物和铈的化合物中的一种或多种。本专利技术还提供了一种磷酸铁锂正极材料，根据上述制备方法制备得到。本专利技术还提供了一种电池，包括上述磷酸铁锂正极材料。附图说明图1为实施例1制备的磷酸铁锂正极材料的显微照片；图2为实施例2制备的磷酸铁锂正极材料的显微照片；图3为实施例3制备的磷酸铁锂正极材料的显微照片；图4为实施例4制备的磷酸铁锂正极材料的显微照片；图5为实施例5制备的磷酸铁锂正极材料的显微照片；图6为实施例6制备的磷酸铁锂正极材料的显微照片；图7为对比例1制备的磷酸铁锂正极材料的显微照片。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，并给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术一实施例的磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤S1～S2：S1、将磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结得到磷酸铁锂晶种。S2、将磷酸铁锂晶种与磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结，得到磷酸铁锂正极材料。本专利技术的制备方法主要通过二次烧结处理来制备得到高压实密度、高容量的磷酸铁锂材料，其中利用经过第一次烧结处理的磷酸铁锂材料作为晶种，然后再次掺混一定比例的磷酸铁、锂源和碳源等原料，进行第二次烧结处理。第一次烧结处理得到的晶种可以促进第二次烧结处理中磷酸铁锂晶体的生长，进而形成大小晶粒错落搭配，减少了颗粒之间的间隙，使颗粒接触紧密，提高了压实密度，同时第二次烧结处理加入的磷酸铁、锂源和碳源等形成的磷酸铁锂晶体由于只经历一次烧结处理过程，较为容易获得高容量，从而可使最终电池产品获得高能量密度，同时内阻也有所降低，从而改善循环性能。目前市面上的磷酸铁锂正极材料的压实密度基本在2.4g/cm3～2.5g/cm3，而通过本专利技术的制备方法制备的磷酸铁锂正极材料的压实密度在2.6g/cm3以上，1C放电容量在148mAh/g以上，制备的电池能量密度高达170Wh/kg，制备过程简单，与目前产线匹配性较好，批次间一致性好，可进行大批量生产，显著提高了目前锂离子磷酸铁锂电池的能量密度。在一个具体示例中，步骤S1中，磷酸铁中的铁原子和锂源中的锂原子的摩尔比为1:(1～1.06)，优选为1:(1.04～1.05)，碳源的质量为磷酸铁的质量的3％～20％。在一个具体示例中，步骤S2中，磷酸铁锂晶种中的磷酸铁锂与磷酸铁中的铁原子、锂源中的锂原子的摩尔比为(0.05～1):1:(1～1.06)，优选为(0.05～0.5):1:(1.04～1.05)，碳源的质量为磷酸铁的质量的3％～20％。磷酸铁锂晶种的量略少，有利于使大小晶粒中小的晶粒数量占多数，错落搭配时接触更紧密，颗粒之间间隙更少，从而使最终产品获得较高放电容量。在一个具体示例中，步骤S1和步骤S2中的烧结的条件均为：在惰性气体气氛中进行，烧结温度为650℃～850℃，优选为680℃～780℃，保温时间为5小时～13小时，优选为8小时～12小时。可选地，惰性气体为氮气、氩气和氦气中的一种或多种，优选为氮气，确保氧含量低于10ppm。在一个具体示例中，步骤S1和步骤S2中，粉料的制备包括以下步骤：将各原料分散于溶剂中并研磨得到浆料，然后进行干燥造粒。优选地，研磨后所得浆料的中值粒径为0.1μm～2μm。优选地，干燥造粒的方式选择喷雾干燥造粒，进风温度为200℃～300℃，出风温度为80℃～120℃。在一个具体示例中，溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮和水中的一种或多种，优选为水。可选地，在步骤S1和步骤S2中，浆料的固含量为20％～55％，优选为40％左右。在一个具体示例中，碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、酚醛树脂、石墨和碳纳米管中的一种或多种，优选为葡萄糖和/或蔗糖。在一个具体示例中，锂源为磷酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、草酸锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结得到磷酸铁锂晶种；步骤二：将所述磷酸铁锂晶种与磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结，得到所述磷酸铁锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结得到磷酸铁锂晶种；步骤二：将所述磷酸铁锂晶种与磷酸铁、锂源、碳源和添加剂混合制成粉料，然后进行烧结，得到所述磷酸铁锂正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，磷酸铁中的铁原子和锂源中的锂原子的摩尔比为1:(1～1.06)，碳源的质量为磷酸铁的质量的3％～20％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述磷酸铁锂晶种与磷酸铁中的铁原子、锂源中的锂原子的摩尔比为(0.05～1):1:(1～1.06)，碳源的质量为磷酸铁的质量的3％～20％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一和所述步骤二中的烧结的条件均为：在惰性气体气氛中进行，烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭子良，王长伟，李东南，商士波，陈韬，殷磊，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技长沙有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43