正极材料磷酸铁锂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种正极材料磷酸铁锂、其制备方法及其应用。该正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源和碳源混合；将混合后的混合物进行第一次粉碎、干燥，获得反应粉料；将所述反应粉料在惰性气氛下进行煅烧；将煅烧后物料冷却，冷却后分成至少两批次进行第二次粉碎，所述第二次粉碎将冷却后物料分别粉碎成至少两种不同粒径范围的物料；将所述至少两种不同粒径范围的物料混合均匀，制得电池正极材料磷酸铁锂。本发明专利技术通过对磷酸铁锂的物料尺寸进行设计，将物料粉碎成至少两种不同粒径范围，该设计可以实现小颗粒分散在大颗粒产生的间隙中，有效提高材料的压实密度。在保证克容量发挥的同时，提高其体积容量密度。

Lithium iron phosphate as cathode material and its preparation method

The invention provides a cathode material lithium iron phosphate, a preparation method and application thereof. The preparation method of the cathode material lithium iron phosphate includes the following steps: mixing iron source, phosphorus source, lithium source and carbon source; crushing and drying the mixture for the first time to obtain the reaction powder; calcining the reaction powder in inert atmosphere; cooling the calcined material, cooling it and then comminuting it into at least two batches for the second time, and the second comminution will be carried out. After cooling, the materials are crushed into at least two different particle sizes, and the materials with at least two different particle sizes are mixed evenly to prepare lithium iron phosphate as cathode material for batteries. By designing the material size of lithium iron phosphate, the material is crushed into at least two different particle size ranges. The design can realize the dispersal of small particles in the gap generated by large particles and effectively improve the compaction density of the material. While guaranteeing the full play of gram capacity, the volume capacity density is increased.

【技术实现步骤摘要】
正极材料磷酸铁锂及其制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，尤其涉及一种正极材料磷酸铁锂及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池正极材料的发展与锂离子电池的性能密切相关，因此人们一直在积极的开发新型的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂因其结构稳定、安全性高、循环寿命长；主原料来源广泛，成本低廉；材料绿色无毒、环境友好而广泛应用于锂离子电池领域。然而，磷酸铁锂正极材料存在导电性低、锂离子迁移速度慢等固有缺陷。目前产业中常用的工艺为通过碳包覆和高价金属离子掺杂来提升其导电性。通过高效研磨将一次颗粒纳米化，来缩短锂离子的扩散距离，克服其离子迁移率低的缺点。然而不可忽视的是，一次颗粒纳米化与碳包覆在提升磷酸铁锂克容量发挥的同时，均会降低磷酸铁锂材料的体积能量密度。这就意味着，要想得到相同的放电容量，采用磷酸铁锂的电池的体积将远远大于体积能量密度大的正极材料，如何在保证磷酸铁锂正极材料的电化学性能的同时，提高极片压实密度，从而提高体积比容量势在必行。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种极片压实高，体积比容量大的磷酸铁锂正极材料及其制备方法。一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源和碳源混合；将混合后的混合物进行第一次粉碎、干燥，获得反应粉料；将所述反应粉料在惰性气氛下进行煅烧；将煅烧后物料冷却，冷却后分成至少两批次进行第二次粉碎，所述第二次粉碎将冷却后物料分别粉碎成至少两种不同粒径范围的物料；将所述至少两种不同粒径范围的物料混合均匀，制得锂离子电池正极材料磷酸铁锂。一种根据上述制备方法制备的正极材料磷酸铁锂，所述磷酸铁锂振实密度为1-1.5g/cm3，粒度D50为1.6-2.2μm，比容量为150-160mAh/g(0.2C)，制得的极片压实密度为2.3-2.5g/cm3。本专利技术通过对制备电池正极材料磷酸铁锂的物料尺寸进行设计，将物料进行第二次粉碎，粉碎成至少两种不同粒径范围的物料，这至少两种不同粒径范围的大小颗粒相互搭配，并采用球形颗粒组成的粉体具有比较理想的粒径分布的原理，实现小颗粒可以分散在大颗粒产生的间隙中，有效提高材料的压实密度。在保证克容量发挥的同时，提高其体积容量密度。附图说明图1是本专利技术实施例1中的磷酸铁锂正极材料的粒径分布图。图2是本专利技术实施例1中的磷酸铁锂正极材料的SEM图。图3是本专利技术实施例1中的磷酸铁锂正极材料涂布在铝箔上的示意图。图4是本专利技术实施例2中的磷酸铁锂正极材料的粒径分布图。图5是本专利技术实施例1中的磷酸铁锂正极材料0.2C倍率下充放电图。图6是本专利技术实施例1中的磷酸铁锂正极材料0.2C倍率下充放电图。主要元件符号说明无如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合实施方式对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的构思可以利用不同形式的实施例表示，说明书所示附图与文中说明系为本专利技术之一实施范例，并非意图将本专利技术限制于所示附图及/或所描述的特定实施例中。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“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。除有特别说明，本专利技术中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本专利技术一方面提供一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源和碳源混合；将混合后的混合物进行第一次粉碎、干燥，获得反应粉料；将所述反应粉料在惰性气氛下进行煅烧；将煅烧后物料冷却，冷却后分成至少两批次进行第二次粉碎，所述第二次粉碎将冷却后物料分别粉碎成至少两种不同粒径范围的物料；将所述至少两种不同粒径范围的物料混合均匀，制得电池正极材料磷酸铁锂。要实现高能量密度的磷酸铁锂正极材料，一方面要提升其克容量发挥，另一方面则要提高其压实密度(即单位体积内的物质含量)，须将以上两个方面进行有效的结合。然而，常规磷酸铁锂正极材料，颗粒较大，大颗粒产物虽然极片压实密度较高，但是锂离子在固体材料中的扩散路径变长，导致磷酸铁锂正极材料的电化学性能变差。本专利技术发现通过第一次粉碎，即高效研磨的方式将颗粒粉碎，可以缩短锂离子的扩散距离，从而克服其离子迁移率低的缺点。但研磨粒度大小和粒径分布是影响制成电池极片压实密度的重要因素。颗粒尺寸太大则锂离子扩散速率较低，进而影响克容量的发挥；颗粒尺寸太小不利于体积容量密度的提高，所以在实现一次颗粒粉碎的同时，为了尽量降低颗粒粉碎带来的不利影响，需要对二次粉碎的颗粒的尺寸进行设计，以达到磷酸铁锂粉末中大小颗粒搭配的目的。球形颗粒组成的粉体具有比较理想的粒径分布，在后续涂布载体时，小颗粒可以分散在大颗粒产生的间隙中，有效提高材料的压实密度。在保证克容量发挥的同时，提高其体积容量密度。根据本专利技术的具体实施例，所述铁源包括磷酸铁、氧化铁、草酸亚铁中的至少之一，所述磷源包括磷酸铁、磷酸二氢锂、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的至少之一，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氯化锂、磷酸二氢锂中的至少之一，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少之一。本专利技术将碳源与铁源、磷源、锂源混合后进行反应，采用原位碳包覆方法，而非在煅烧后的正极材料表面进行处理，避免了碳包覆过程不均匀，经煅烧后形成高导电性的碳层，还有效抑制颗粒无限生长。该方法在正极材料表面形成均匀的导电碳层，改善了材料的导电率，进而提高了电化学性能。根据本专利技术的具体实施例，所述铁源、磷源、锂源按铁、磷、锂元素摩尔比为1:1:1.0-1.15，碳源与铁源的质量比为1:1-10。根据本专利技术的具体实施例，将铁源、磷源、锂源和碳源以水为介质混合均匀。本专利技术使用纯水为分散介质，通过简单的研磨和烧结处理，得到磷酸铁锂正极材料，过程可控，生产成本低，适用于工业化生产。根据本专利技术的具体实施例，所述第一次粉碎的方式为研磨粉碎，包括但不限于球磨粉碎、砂磨粉碎等。优选的，采用球磨粉碎，粉碎后的颗粒中粒径D50分别为0.5-3.0μm。根据本专利技术的具体实施例，所述干燥的方式包括但不限于喷雾干燥、烘干等，优选的，采用喷雾干燥。根据本专利技术的具体实施例，将所述反应粉料在惰性气氛下进行煅烧时的温度为400-900℃。所述惰性气氛包括但不限于氮气、氩气等。根据本专利技术的具体实施例，将煅烧后物料冷却的方式包括但不限于骤风冷却、冰水浴冷却等。根据本专利技术的具体实施例，所述至少两批次的第二次粉碎采用不同粉碎方式进行粉碎。进一步的，本专利技术在所述第二次粉碎时通过选择不同粉碎能力的设备，或将一种设备调节至不同的粉碎能力进行物料粉碎，来实现物料至少两种不同的粒度范围。然后通过混合来得到同时具有大小颗粒的成品物料。与单一小颗粒物料相比，经过粒度设计的物料提高了材料的压实密度，且降低了加工难度。根据本专利技术的具体实施例，所述不同粉碎方式包括气流粉碎本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源和碳源混合；将混合后的混合物进行第一次粉碎、干燥，获得反应粉料；将所述反应粉料在惰性气氛下进行煅烧；将煅烧后物料冷却，冷却后分成至少两批次进行第二次粉碎，所述第二次粉碎将冷却后物料分别粉碎成至少两种不同粒径范围的物料；将所述至少两种不同粒径范围的物料混合均匀，制得电池正极材料磷酸铁锂。

【技术特征摘要】
1.一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源和碳源混合；将混合后的混合物进行第一次粉碎、干燥，获得反应粉料；将所述反应粉料在惰性气氛下进行煅烧；将煅烧后物料冷却，冷却后分成至少两批次进行第二次粉碎，所述第二次粉碎将冷却后物料分别粉碎成至少两种不同粒径范围的物料；将所述至少两种不同粒径范围的物料混合均匀，制得电池正极材料磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源包括磷酸铁、氧化铁、草酸亚铁中的至少之一，所述磷源包括磷酸铁、磷酸二氢锂、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的至少之一，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氯化锂、磷酸二氢锂中的至少之一，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少之一。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源、磷源、锂源按铁、磷、锂元素摩尔比为1:1:1.0-1.15，碳源与铁源的质量比为1:1-10。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：战鹏，胡艳，方秀利，黄勇，金鹰，
申请(专利权)人：中天新兴材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32