一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法。该磷酸铁锂正极材料由粒径为0.3‑1.5um的小颗粒磷酸铁锂和粒径为5‑15um的大颗粒磷酸铁锂按质量比例为1～9:9～1混合而成；制备方法包括如下步骤：（1）密实氧化铁的制备、（2）小颗粒磷酸铁锂浆料的制备、（3）大颗粒磷酸铁锂浆料的制备、（4）磷酸铁锂前驱体粉末的制备、（5）磷酸铁锂成品的制备。本发明专利技术通过用较小的磷酸铁锂和较大的磷酸铁锂调制成双峰型分布，制备的磷酸铁锂密度大，性能好；制备工艺流程简单且易于控制、能耗和原料成本低、生产效率高、可应用于工业化大生产。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
21世纪人类面临着能源危机和环境污染两个严峻问题，因此清洁可再生新能源的开发与研究具有深远意义。其中，各类汽车占石油消耗量的40％左右，全球大气污染42％来自于交通车辆的排放。世界各国对发展电动汽车非常重视，我国863计划中也将发展电动车列为重要发展方向。作为车载动力的动力电池的研究，成为动力汽车发展的主要瓶颈。目前动力电池主要的候选者有镍氢电池，锂离子电池和燃料电池。基于性价比的考虑，锂离子电池具有较大的优势。锂离子电池作为储能材料相比传统电池具有电压高、比容量大、循环寿命长和安全性能好的优点，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天和军事工程等领域，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。在很大程度上，正极材料的性能决定整个锂离子电池的综合性能。继钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)和磷酸铁锂(LiFePO4)都是用作锂离子电池的正极材料。其中，LiCoO2的成本较高、价格昂贵、资源贫乏、毒性大；LiNiO2制备困难。热稳定性差、安全性也差；LiMn2O4虽然安全性能好，但其容量衰减明显，循环可逆性能差；橄榄石型晶态结构的LiFePO4具有放电比容量大、循环寿命长、安全性能好，价廉、无毒无环境污染等突出优点，因而具有广泛的应用前景。但其压实密度低，是限制其在商业电池行业发展的重要阻碍。压实密度对电池性能有较大的影响，压实密度与片比容量、效率、内阻、以及电池循环性能有密切的关系。一般来说，压实密度越大，电池的容量就能做的越高，所以压实密度也被看做材料能量密度的参考指标之一，工艺条件一定的条件下，压实密度越大，电池的容量越高。特别是在当今新能源汽车兴起的高峰期，要想磷酸铁锂能在新能源电动汽车以及混合电动汽车上得以广泛应用，必须以提高磷酸铁锂的压实密度为重要前提。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法，当前磷酸铁锂制备的时候粒度分布一般都是单峰，本专利技术选用大小两种颗粒浆料，通过单独喷雾干燥将大颗粒磷酸铁锂和小颗粒磷酸铁锂按照一定配比进行混合，然后经高温烧结制得高压实密度磷酸铁锂正极材料，制备的磷酸铁锂密度大，性能好，制备工艺流程简单且易于控制、能耗和原料成本低、生产效率高、可应用于工业化大生产。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锂电池用磷酸铁锂正极材料，由粒径为0.3-1.5um的小颗粒磷酸铁锂和粒径为5-15um的大颗粒磷酸铁锂按质量比例为1～9:9～1混合而成。进一步，上述所述的小颗粒磷酸铁锂的粒径优选为0.5-1um，大颗粒磷酸铁锂的粒径优选为8-12um,两者的质量比例优选为3～7:7～3。进一步，一种制备锂电池用磷酸铁锂正极材料的方法，具体包括如下步骤：步骤(一)密实氧化铁的制备：(1)分别缓慢滴加沉淀剂溶液与铁盐溶液和添加剂的混合溶液于三口烧瓶中，65-90℃下搅拌反应3-5h，然后90-100℃真空干燥完全，再球磨1-2h；(2)将步骤(1)得到的粉末置于管式炉中，在500℃下煅烧5h，得到密实氧化铁粉体；步骤(二)小颗粒磷酸铁锂浆料的制备：将纯水、氧化铁、磷源、锂源、碳源、添加剂按比例混合研磨成粒径为0.3-1.5μm的混合物，得到小颗粒磷酸铁锂浆料；步骤(三)大颗粒磷酸铁锂浆料的制备：将纯水、氧化铁、磷源、锂源、碳源、添加剂按比例混合研磨成粒径为5-15μm的混合物，得到大颗粒磷酸铁锂浆料；步骤(四)磷酸铁锂前驱体粉末的制备：将步骤(二)的小颗粒磷酸铁锂浆料和步骤(三)的大颗粒磷酸铁锂浆料单独喷雾干燥进入混合灌中，得到混合均匀的磷酸铁锂前驱体粉末；步骤(五)磷酸铁锂成品的制备将磷酸铁锂前驱体粉末置于氮气气氛炉内进行烧结，烧结所得粉体过筛后，得到球形磷酸铁锂正极材料。进一步，上述所述的沉淀剂的浓度为10-20wt％，铁盐的浓度为5-15wt％，添加剂的浓度为2-5mg/mL，沉淀剂与铁盐、添加剂的用量摩尔比为1.1:1:0.1-0.15。进一步，上述所述的沉淀剂为氨水、氢氧化钠、尿素中的一种或几种，铁盐为三氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的一种。进一步，上述所述纯水、氧化铁、磷源、锂源、碳源、添加剂的质量配比为100:(35-45):(20-30):(10-15):(5-8):(0.5-1)。进一步，优选上述所述纯水、氧化铁、磷源、锂源、碳源、添加剂的质量配比为100:40:25:15:8:0.8。进一步，上述所述的磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸中的一种或几种；锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种或几种；碳源为聚乙烯醇、蔗糖、可溶性淀粉、纤维素、坏血酸、乙炔黑、酚醛树脂中的一种或几种；添加剂为硬脂酸铵、十二烷基苯磺酸、二乙醇胺、吐温80中的一种或几种。进一步，上述所述的喷雾干燥的压力为0.1-0.3MPa，温度为200-300℃。进一步，上述所述烧结具体是：先升温至250-300℃保温1-2h，再升温至650-800℃煅烧8-12h。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：(1)本专利技术的一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法，采用先制备密实氧化铁，提高了磷酸铁锂的物相结构和化学组成均一，且不含非均一的杂质相，制备的磷酸铁锂密度大。(2)本专利技术的一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法，采用同步喷雾法将大小两种颗粒浆料混合，保证了干燥后的大小球状磷酸铁锂粒径分散均匀，流动性好、可加工性能好，避免了两种溶液混合后再喷雾而出现的团聚现象，大大提高磷酸铁锂正极材料的压实密度，压实密度可以达到2.55-2.75g/cm3。(3)本专利技术的一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法，以本专利技术所得到的磷酸铁锂正极材料组装成实验电池，以0.1C～1C倍率充放电、充放电电压为2.0～4.2V，1C最高放电比容量达150mAh/g以上，经过100次充放电循环后的容量保持率最高达到95％以上。(4)本专利技术的一种锂电池用磷酸铁锂正极材料及其制备方法，制备反应工艺简单，便于控制，用喷雾干燥法将物料烘干，大大的提高了物料的利用率，能耗和原料成本低、生产效率高、可应用于工业化大生产。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的制备方法示意图。图2为本专利技术实施例1中制备的球形磷酸铁锂的SEM电镜图。具体实施方式现在结合实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1一种锂电池用磷酸铁锂正极材料，由粒径为0.5um的小颗粒磷酸铁锂和粒径为10um的大颗粒磷酸铁锂按质量比例为7:3混合而成。一种制备锂电池用磷酸铁锂正极材料的方法，具体包括如下步骤：步骤(一)密实氧化铁的制备：(1)分别缓慢滴加浓度为15wt％氨水溶液，浓度为10wt三氯化铁溶液和浓度为3mg/mL的硬脂酸铵的混合溶液于三口烧瓶中，氨水溶液与三氯化铁、硬脂酸铵的用量摩尔比为1.1:1:0.1,80℃下搅拌反应4h，然后90-100℃真空干燥完全，再球磨1-2h；(2)将步骤(1)得到的粉末置于管式炉中，在500℃下煅烧5h，得到密实氧化铁粉体；步骤(二)小颗粒磷酸铁锂浆料的制备：将纯水、氧化铁、磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用磷酸铁锂正极材料，其特征在于：由粒径为0.3‑1.5um的小颗粒磷酸铁锂和粒径为5‑15um的大颗粒磷酸铁锂按质量比例为1～9:9～1混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用磷酸铁锂正极材料，其特征在于：由粒径为0.3-1.5um的小颗粒磷酸铁锂和粒径为5-15um的大颗粒磷酸铁锂按质量比例为1～9:9～1混合而成。2.如权利要求1所述的一种锂电池用磷酸铁锂正极材料，其特征在于：所述的小颗粒磷酸铁锂的粒径为0.5-1um，大颗粒磷酸铁锂的粒径为8-12um,两者的质量比例为3～7:7～3。3.一种制备如权利1所述的锂电池用磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤（一）密实氧化铁的制备：（1）分别缓慢滴加沉淀剂溶液与铁盐溶液和添加剂的混合溶液于三口烧瓶中，65-90℃下搅拌反应3-5h，然后90-100℃真空干燥完全，再球磨1-2h；（2）将步骤（1）得到的粉末置于管式炉中，在500℃下煅烧5h，得到密实氧化铁粉体；步骤（二）小颗粒磷酸铁锂浆料的制备：将纯水、氧化铁、磷源、锂源、碳源、添加剂按比例混合研磨成粒径为0.3-1.5μm的混合物，得到小颗粒磷酸铁锂浆料；步骤（三）大颗粒磷酸铁锂浆料的制备：将纯水、氧化铁、磷源、锂源、碳源、添加剂按比例混合研磨成粒径为5-15μm的混合物，得到大颗粒磷酸铁锂浆料；步骤（四）磷酸铁锂前驱体粉末的制备：将步骤（二）的小颗粒磷酸铁锂浆料和步骤（三）的大颗粒磷酸铁锂浆料单独喷雾干燥进入混合灌中，得到混合均匀的磷酸铁锂前驱体粉末；步骤（五）磷酸铁锂成品的制备：将磷酸铁锂前驱体粉末置于氮气气氛炉内进行烧结，烧结所得粉体过筛后，得到球形磷酸铁锂正极材料。4.如权利3所述的一种制备锂电池用磷酸铁锂正极材料的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德成，黄国林，王建琴，
申请(专利权)人：江苏元景锂粉工业有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32