一种制备磷酸铁锂正极材料的方法技术

本发明专利技术涉及材料技术领域，具体涉及一种制备磷酸铁锂正极材料的方法。该方法采用两步烧结法进行烧结，通过调控两步烧结的温度、时间，以及两步烧结的温度、时间之间的关系，来优化烧结得到的磷酸铁锂的颗粒尺寸，能够在保证其放电容量不被损失的情况下，提升其导电性及锂离子扩散系数，进而提升其倍率性能。进而提升其倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制备磷酸铁锂正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及材料
，具体涉及一种制备磷酸铁锂正极材料的方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂(LiFePO4)因具有循环性能良好、理论比容量高(～170mAh/g)、热稳定性能优良以及成本低廉等优点，在锂离子电池正极材料中占有不可取代的地位。
[0003]然而，磷酸铁锂的导电性较差，导致其倍率性能较差，这严重制约了磷酸铁锂在大功率锂离子电池中的应用。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中制备的磷酸铁锂的导电性较差的缺陷，从而提供一种制备磷酸铁锂正极材料的方法。
[0005]为此，本专利技术提供一种制备磷酸铁锂正极材料的方法，包括如下步骤：
[0006]将锂源、铁源、磷源和碳源混匀并干燥，得预混物料；
[0007]于保护气体气氛中，将所述预混物料以第一升温速率升温至第一烧结温度T1，并于所述第一烧结温度T1下烧结第一时长t1，得预烧结产物；
[0008]将所述预烧结产物以第二升温速率升温至第二烧结温度T2，并于所述第二烧结温度T2下烧结第二时长t2；
[0009]其中，400℃≤T1≤500℃，2h≤t1≤6h，660℃≤T2≤800℃，6h≤t2≤10h，且0.2≤(T2/T1‑
1.3)
×
t2/t1≤3.5。
[0010]可选地，400℃≤T1≤450℃，4h≤t1≤6h，660℃≤T2≤750℃，6h≤t2≤8h。
[0011]可选地，所述第一升温速率为1～3℃/min；
[0012]可选地，所述第二升温速率为2～4℃/min。
[0013]可选地，所述预混物料的粒度D50为4μm～8μm。
[0014]可选地，所述将锂源、铁源、磷源和碳源混匀并干燥，包括：
[0015]将所述锂源、所述铁源和所述磷源混合，再加入所述碳源，得混合料；
[0016]对所述混合料进行湿法研磨，得研磨料；
[0017]对所述研磨料进行喷雾干燥，得所述预混物料。
[0018]可选地，所述湿法研磨的条件包括：转速为800～1000转/min，时间为8～10h。
[0019]可选地，所述喷雾干燥的条件包括：喷雾压力为0.3～0.5MPa，喷雾温度为120～150℃。
[0020]可选地，在将所述锂源、所述铁源、所述磷源和所述碳源混合时，铁元素与磷元素的摩尔比为(0.99～1.01)：1，锂元素与铁元素的摩尔比为(0.95～1.05)：1，所述碳源与所述铁源的重量比为(0.06～0.1)：1。
[0021]可选地，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、磷酸氢二锂中的至少一种；
[0022]可选地，所述铁源选自磷酸铁、氧化铁中的至少一种；
[0023]可选地，所述磷源选自磷酸铁、磷酸氢二锂、磷酸二氢锂、磷酸中的至少一种；
[0024]可选地，所述碳源选自聚丁二烯、葡萄糖、抗坏血酸中的至少一种。
[0025]可选地，烧结所述第二时长t2后，所述方法还包括：将烧结产物进行冷却、过筛，得到粒径为4μm～8μm的磷酸铁锂正极材料。
[0026]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0027]本专利技术提供的制备磷酸铁锂正极材料的方法，采用两步烧结法进行烧结，通过调控两步烧结的温度、时间，以及两步烧结的温度、时间之间的关系，来优化烧结得到的磷酸铁锂的颗粒尺寸，能够在保证其放电容量不被损失的情况下，提升其导电性及锂离子扩散系数，进而提升其倍率性能。
[0028]具体地，于第一烧结温度下烧结第一时长的阶段，主要是锂源脱水变成熔融态并与铁源和磷源反应的阶段，该阶段能够促进锂源、铁源和磷源形成更多的晶核，从而有效减小一次颗粒的长大；若第一烧结温度过高，会导致成核速度过快，第一烧结温度过低，反应不能发生；若第一时长太长，会导致合成的磷酸铁锂材料内部缺陷偏多。
[0029]于第二烧结温度下烧结第二时长，能够使第一步烧结过程中形成的一次颗粒长大，提高磷酸铁锂材料的结晶性；若第二烧结温度偏低、第二时长偏短，会使磷酸铁锂材料的结晶度变差，材料晶型不够完整，结构不稳定；若第二烧结温度过高、第二时长过长，会使磷酸铁锂材料的颗粒变大，且部分磷酸铁锂会被还原成Fe2P，导致磷酸铁锂材料的导电性变差。
[0030]此外，经实验研究发现，在(T2/T1‑
1.3)
×
t2/t1的结果为0.2
‑
3.5范围内的情况下，两步烧结得到的磷酸铁锂材料具备优良的倍率性能，且该结果越小，磷酸铁锂材料的倍率性能越好。
具体实施方式
[0031]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0032]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
[0033]实施例1
[0034]按照如下方法制备磷酸铁锂正极材料：
[0035](1)将氢氧化锂、磷酸铁按照1:1的摩尔比加入到研磨机料仓内，混合后再加入聚丁二烯，使得聚丁二烯与磷酸铁的质量比为0.08:1，然后以1000转/min的转速湿法研磨8h，得研磨料；
[0036](2)将步骤(1)所得研磨料在135℃、0.4MPa压力的条件下进行喷雾干燥，得粒度D50为4μm的预混物料；
[0037](3)将步骤(2)所得预混物料于氮气气氛中以2℃/min的升温速率升温到500℃，并于500℃下烧结6h，得预烧结产物；
[0038](4)将步骤(3)所得预烧结产物继续以3℃/min的升温速率升温到660℃，并于660℃下烧结6h，冷却、过筛得到粒径为4μm～8μm的磷酸铁锂正极材料。
[0039]在本实施例中，第一烧结温度T1＝500℃，第一时长t1＝6h，第二烧结温度T2＝660℃，第二时长t2＝6h，(T2/T1‑
1.3)
×
t2/t1＝0.02。
[0040]实施例2
[0041]按照如下方法制备磷酸铁锂正极材料：
[0042](1)将氢氧化锂、磷酸铁、按照1:1的摩尔比加入到研磨机料仓内。然后将聚丁二烯、磷酸铁按照0.08:1的质量比，以1000转/min的转速湿法研磨8h，得研磨料；
[0043](2)将步骤(1)所得研磨料在135℃、0.4MPa压力的条件下进行喷雾干燥，得粒度D50为4μm的预混物料；
[0044](3)将步骤(2)所得预混物料于氮气气氛中以2℃/min的升温速率升温到450℃，并于450℃下烧结4h，得预烧结产物；
[0045](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：将锂源、铁源、磷源和碳源混匀并干燥，得预混物料；于保护气体气氛中，将所述预混物料以第一升温速率升温至第一烧结温度T1，并于所述第一烧结温度T1下烧结第一时长t1，得预烧结产物；将所述预烧结产物以第二升温速率升温至第二烧结温度T2，并于所述第二烧结温度T2下烧结第二时长t2；其中，400℃≤T1≤500℃，2h≤t1≤6h，660℃≤T2≤800℃，6h≤t2≤10h，且0.2≤(T2/T1‑
1.3)
×
t2/t1≤3.5。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，400℃≤T1≤450℃，4h≤t1≤6h，660℃≤T2≤750℃，6h≤t2≤8h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一升温速率为1～3℃/min；可选地，所述第二升温速率为2～4℃/min。4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预混物料的粒度D50为4μm～8μm。5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述将锂源、铁源、磷源和碳源混匀并干燥，包括：将所述锂源、所述铁源和所述磷源混合，再加入所述碳源，得混合料；对所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员：王壮，张树涛，李子郯，白艳，王亚州，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：