锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法技术

一种锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法，该方法包括将高分子聚合物、磷源化合物、铁源化合物和锂源化合物混合后进行烧结，其中，所述铁源化合物为铁的非二价化合物；所述高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物与铁的非二价化合物的混合在溶液中进行，得到的混合溶液除去溶剂之后得到凝胶体，然后将所得凝胶体进行烧结。本发明专利技术选用铁的非二价化合物为原料，大大降低成本，而且制备方法简单易行。利用本发明专利技术方法制得的磷酸亚铁锂作为正极活性物质，使得电池具有较高的首次放电比容量和良好的循环性能。并且用本发明专利技术方法制得的磷酸亚铁锂成分固定、颗粒均匀、导电性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种锂离子电池正极活性物质的制备方法，尤其是关于一种锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法。
技术介绍
橄榄石型LiFePO4近年来成为锂离子正极材料的研究热点。该晶体中的锂离子可以在FeO6八面体和PO4四面体结构中自由移动，具有锂离子脱嵌/嵌入可逆性(A.K.Padhi，K.S.najundaswamy，S.Okada and J.B.克oodenou克h，J.Electrochem.Soc.144，1609-1613(1997))。当1摩尔锂离子从结构中脱嵌出来时，磷酸亚铁锂的理论放电比容量高达169mAh/克，放电平台适中(为3.4-3.5伏)，体积密度高达3.6克/立方厘米，体积能量密度为2.1Wh/立方厘米。另外，由于锂、铁、磷元素都是地球上储量丰富的元素，尤其是铁系材料原料来源广，价格低廉，对环境友好，LiFePO4具有成为下一代锂离子电池正极材料的前景。而且由于其高温下本身及对电解液稳定，以及良好的高温循环性能，特别适用于做动力电池。但LiFePO4本身电导率较低，导致锂离子传递速率低，所以要将磷酸亚铁锂用作正极活性物质，必使电池的内阻增大，结果使得电池容量低，电池电路闭环时的极化电位增加。另外，由于磷酸亚铁锂的真密度比常规正极活性物质低，导致电池的能量密度低。随后的研究发现橄榄石型LiFePO4材料通过掺杂碳、铜、银、碳等方法制得的磷酸亚铁锂复合材料具有明显提高的电子导电率，大大改善了电池的大电流充放电性能。目前制备LiFePO4材料的方法有固相合成法、溶胶-凝胶法、氧化还原法、微波合成法、水热法等等。-->如CN 1559889A公开了一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法，该方法包括将含锂化合物、亚铁盐、磷酸盐和添加剂按Li∶Fe∶P摩尔比为(0.95-1.10)∶(0.97-1.03)∶1和添加剂的量为混合物总质量的1-20重量％的比例混合，其中所述添加剂选自经热解可分解为具有优良导电性的碳类物质的有机或高分子化合物，然后将混合均匀的材料在500-850℃下进行热处理。CN 1171780C公开了一种橄榄石结构的多晶磷酸亚铁锂粉体的制备方法，该方法包括以Fe(Ac)2、七水合硫酸铁、醋酸钡、酒石酸、葡萄糖酸或柠檬酸为原料，采用溶胶-凝胶法将凝胶研磨后烧结。CN 1442917A公开了一种碳膜与磷酸亚铁锂复合纳米导电材料的制备方法，该方法包括将多元醇或糖溶解到蒸馏水中，然后加入锂源、铁源、磷源并剧烈搅拌均匀，然后在惰性气氛下烘干焙烧。所述铁源为草酸亚铁、氢氧化亚铁或它们的混合物。CN 1457111A公开了一种锂电池正极材料及其制备方法，该方法包括将硝酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢氨和导电掺杂剂混合后放入不锈钢球磨机中搅拌混合1小时，然后将搅拌混合的粉料转移到氧化铝陶瓷坩锅中，在氮气等惰性气体下，于200-400℃下加热2小时，然后再升温到500-900℃反应10小时。采用上述方法制得的粉体颗粒粒径小而且分布窄，粉体烧结性能好，反应过程易控制，但干燥收缩大，而且工艺较为复杂，合成周期较长，成本较高，工业化生产难度大。CN 1177383C公开了一种正极活性材料的制备方法和非水电解质电池的制备方法，该方法包括以Li3PO4和Fe3(PO4)2或Li3PO4和Fe3(PO4)2·8H2O为原料，将上述原料混合、研磨并烧结，在烧结前向原料中加入还原剂，并在上述混合、研磨和烧结过程中的任一时间点向所获得的物质中添加碳材料，将原料颗粒的粒度分布设定为粒度不小于3微米的颗粒用体积累积频率-->表示为22％或更低，将烧结气氛中的氧浓度设定为1012ppm体积或更低，而将烧结温度设定为400-900℃。其中所述Fe3(PO4)2或Fe3(PO4)2·8H2O由12水合磷酸氢二钠与7水合硫酸铁反应制得，而合成8水合磷酸铁(II)需要控制物质溶胀时间，工艺较复杂。而且用上述方法制得磷酸亚铁锂产物物相不均匀，晶体无规则形状，晶粒尺寸较大，粒径分布范围广。另外，上述方法均采用二价铁为铁源，由于二价铁价格较高且需要多次热处理和研磨，制备工艺复杂，且产物纯度不易控制，从而使成本增加，大大限制了其在实际锂离子电池中的使用。为此，CN 1564343A提出了以三价铁为铁源制备磷酸亚铁锂的方法，该方法包括将锂盐、三价铁化合物和磷酸盐按Li∶Fe∶P摩尔比为(0.95-1.1)∶1∶1的比例混合，研磨混合物后使其充分混合均匀，然后在混合物中掺入高分子聚合物，高分子聚合物的用量为使产物中碳含量为1-20重量％，然后在惰性气流保护下于450-900℃温度下热处理8-50小时。所述高分子聚合物为碳氢聚合物，尤其优选聚丙烯。该方法不使用价格昂贵的二价铁化合物，生产工艺简单、安全、成本低。但用该方法制得的正极活性物质比容量低、电池的循环性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法成本高或者制得的正极材料的比容量低、循环性能差的缺点，提供一种成本低且制得的正极材料的比容量高、循环性能好的锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法。本专利技术提供了一种锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法，该方法包括将高分子聚合物、磷源化合物、铁源化合物和锂源化合物混合后进行烧结，其中，所述铁源化合物为铁的非二价化合物；所述高分子聚合物、-->磷源化合物和锂源化合物与铁的非二价化合物的混合在溶液中进行。本专利技术提供的锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法操作简单、易于控制、成本低廉。由于所述高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物是以溶液形式与铁的非二价化合物混合，从而使得碳元素、锂元素、磷元素能与铁元素混合均匀，从而使得制得的磷酸亚铁锂正极活性物质比容量高、电池循环性能好。而且，通过往烧结反应体系中通入还原性气体，使得体系中的还原性气体足量，从而能充分保证原料中的铁的非二价完全转化为二价铁，同时防止产物中生成的二价铁重新被氧化为三价铁，更进一步提高了用本专利技术方法制得的正极活性物的循环性能，使首次充放电比容量高达142mAh/克，循环100周充放电比容量保留率高达90.1％，从而克服了现有技术中磷酸亚铁锂用作正极活性物质使电池比容量低和循环性能差的缺点。另外，用本专利技术方法制备的磷酸亚铁锂产物具有结构稳定、成分均匀、粒径分布窄和导电性优良的优点，有利于改善材料的大电流充放电性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的磷酸亚铁锂正极活性物质的XRD图；图2为本专利技术实施例1制得的磷酸亚铁锂正极活性物质的SEM图；图3为本专利技术实施例4制得的磷酸亚铁锂正极活性物质的XRD图；图4为本专利技术实施例4制得的磷酸亚铁锂正极活性物质的SEM图；图5由本专利技术实施例1的磷酸亚铁锂正极活性物质制得扣式电池的循环性能图。具体实施方式本专利技术提供的锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法包括将高分子聚合物、磷源化合物、铁源化合物和锂源化合物混合后进行烧结，其-->中，所述铁源化合物为铁的非二价化合物；所述高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物与铁的非二价化合物的混合在溶液中进行。按照本专利技术，所述高分子聚合物可以是水溶性高分子聚合物、脲醛树脂、酚醛树脂中的一种或几种，所述水溶性高分子聚合物的例子包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法，该方法包括将高分子聚合物、磷源化合物、铁源化合物和锂源化合物混合后进行烧结，其特征在于，所述铁源化合物为铁的非二价化合物；所述高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物与铁的非二价化合物的混合在溶液中进行。

【技术特征摘要】
1、一种锂离子电池正极活性物质磷酸亚铁锂的制备方法，该方法包括将高分子聚合物、磷源化合物、铁源化合物和锂源化合物混合后进行烧结，其特征在于，所述铁源化合物为铁的非二价化合物；所述高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物与铁的非二价化合物的混合在溶液中进行。2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物与铁的非二价化合物的混合是将高分子聚合物溶液、磷源化合物溶液和锂源化合物溶液与铁的非二价化合物混合。3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物与铁的非二价化合物的混合是将含有高分子聚合物、磷源化合物和锂源化合物的混合溶液与铁的非二价化合物混合。4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述高分子聚合物选自水溶性高分子聚合物、酚醛树脂、脲醛树脂中的一种或几种，所述水溶性高分子聚合物选自聚乙烯醇、偏聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、水溶性环氧树脂中的一种或几种。5、根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述高分子聚合物的加入量为磷源化合物、铁的非二价化合物和锂源化合物总量的0.5-35重量％。6、根据权利要求1所述的方法，其中，所述磷源化合物选自磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸氢二铵、磷酸、磷酸锂的一种或几种；所述锂源化合物选自氢氧化锂、碳酸锂、氯化锂、醋酸锂、磷酸锂、硝酸锂的一种或几种；所述铁的非二价化合物为磷酸铁、硫酸铁、碳酸铁、氧化铁、四氧化三铁中的一种或几种。-->7、根据权利要求1或6所述的方法，其中，所述磷源化合物、铁源化合物和锂源化合物的加入量使得混合物中Li∶P∶Fe元素摩尔比为(1-1.2)∶1∶1。8、根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述溶液的溶剂为选自水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的一种或几种。9、根据权利要求1所述的方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖峰，沈菊林，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]