專利名稱：一種亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源材料領(lǐng)域中鋰離子電池的一種正極材料的制造方法。
背景技術(shù)：
橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)材料，具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。它被公認(rèn)為 制造高安全、低成本、長(zhǎng)壽命的鋰離子電池的最佳正極材料。但是該材料的電子傳導(dǎo)和鋰 離子傳導(dǎo)速率很低，當(dāng)其初級(jí)粒子的顆粒粒徑大于1. 5um時(shí)，電池在充電和放電的時(shí)候， LiFePCM粒子內(nèi)部的鋰離子難以發(fā)生脫嵌和嵌入，從而導(dǎo)致電池的容量和電壓平臺(tái)低、不能 承受大電流充放電、電池的低溫性能很差等一些列問題。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)材料采用 5000C以下的低溫?zé)Y(jié)，固相反應(yīng)不完全、顆粒結(jié)晶不完善，電池的循環(huán)性能很差，實(shí)際生產(chǎn) 中需要高溫?zé)Y(jié)。在高溫?zé)Y(jié)過程中LiFePO4顆粒就要發(fā)生團(tuán)聚和長(zhǎng)大現(xiàn)象，從而大大影 響了產(chǎn)品的性能。所以實(shí)際生產(chǎn)工藝中，如何控制晶粒長(zhǎng)大，這是獲得高性能的磷酸亞鐵鋰 材料的至關(guān)重要的因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造優(yōu)秀的大電流充放電性能的亞微米級(jí)超細(xì)磷酸 亞鐵鋰材料的方法。在配料時(shí)加入有效的阻聚劑，經(jīng)混料和球磨后均一分布在鐵源周圍。 在升溫階段和高溫固相反應(yīng)階段，阻聚劑有效地阻止鐵源原料的顆粒團(tuán)聚、有效地阻止磷 酸亞鐵鋰晶粒的團(tuán)聚和長(zhǎng)大行為，從而獲得粒子尺寸均一、初級(jí)粒子為亞微米級(jí)超細(xì)高性 能的磷酸亞鐵鋰材料。高溫固相反應(yīng)時(shí)，阻聚劑同時(shí)具有還原性能，可以有效地將三價(jià)鐵還 原成二價(jià)鐵，加速磷酸亞鐵鋰的高溫固相反應(yīng)。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的高溫固相反 應(yīng)制造磷酸亞鐵鋰材料出現(xiàn)的顆粒長(zhǎng)大和團(tuán)聚的技術(shù)缺陷，提供一種制造優(yōu)秀的大電流充 放電性能的亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的方法。產(chǎn)品表現(xiàn)為特別均一的亞微米級(jí)形貌結(jié) 構(gòu)，電池測(cè)試表現(xiàn)為優(yōu)秀的倍率性能、低溫性能和循環(huán)性能。本發(fā)明的具體步驟為將鐵源化合物、磷源化合物、鋰源化合物以及攙雜氧化物或 氫氧化物按比例配料，加入阻聚劑，混料球磨數(shù)小時(shí)，通入高純氮?dú)?，?00750°C燒結(jié)2-12 小時(shí)，得到高性能的亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料。以上所述的阻聚劑，可以是高分子阻聚劑淀粉、重油、熱固性塑料如酚醛塑料、環(huán) 氧塑料、聚氨酯塑料粉末?？梢允巧鲜鰡我晃镔|(zhì)，也可以是上述多元混合物。以上所述的阻聚劑，可以是無機(jī)阻聚劑超細(xì)碳粉、石墨粉、草酸亞鐵、草酸?？梢?是上述單一物質(zhì)，也可以是上述多元混合物。以上所述的有效阻聚劑，可以是無機(jī)型和高分子型多元混合組成的協(xié)同阻聚劑 由淀粉、重油、熱固性塑料粉末如酚醛塑料、環(huán)氧塑料、聚氨酯塑料中的一種或一種以上與 超細(xì)碳粉、石墨粉、草酸亞鐵、草酸中的一種或一種以上組成的協(xié)同阻聚劑。本發(fā)明所合成出磷酸亞鐵鋰正極材料，具有如下特出的優(yōu)勢(shì)1.獲得亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料，粒子顆粒細(xì)小、均一，沒有異常長(zhǎng)大粒子。
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2.材料可以進(jìn)行30C大電流充放電，倍率性能很好。3.材料的克比容量高，電池的電壓平臺(tái)高。4.電池的循環(huán)性能、低溫性能非常優(yōu)秀。


圖1為實(shí)施例1中亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的掃描電子顯微鏡照片。圖2為實(shí)施例1中亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰正極材料制成的18650電池的放電曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 以Fe203、LiH2PO4為主要原料，以MgO為摻雜物，以工業(yè)淀粉和超細(xì)碳粉為協(xié)同阻 聚劑。按照LiFea98Mgatl2PO4比例配料400kg，加入工業(yè)淀粉40kg，超細(xì)碳粉12. 8kg?；炝?、 球磨2小時(shí)，高純氮?dú)獗Ｗo(hù)，700°C燒結(jié)8小時(shí)。料冷卻后出爐，經(jīng)過粉碎、分級(jí)和后處理后， 得到亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰正極材料。圖1是所得到的亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的 掃描電子顯微鏡照片。圖2是該正極材料制成的18650電池的放電曲線。實(shí)施例2:以FeC2O4 · 2H20、LiH2PO4為主要原料，以H2TiO3. H2O為摻雜物，以工業(yè)淀粉為同阻 聚劑。按照LiFea98Tia02PO4比例配料400kg，加入工業(yè)淀粉40kg?；炝?、球磨2小時(shí)，高純 氮?dú)獗Ｗo(hù)，670°C燒結(jié)8小時(shí)。料冷卻后出爐，經(jīng)過粉碎、分級(jí)和后處理后，得到亞微米級(jí)超 細(xì)磷酸亞鐵鋰正極材料。實(shí)施例3:以FePO4. 2H20、LiCO3為主要原料，以Mg(OH)2為摻雜物，以工業(yè)淀粉和超細(xì)碳粉為 協(xié)同阻聚劑，按照LiFea98Mgatl2PO4比例配料400kg，加入工業(yè)淀粉35kg，超細(xì)碳粉11kg?；?料、球磨2小時(shí)，高純氮?dú)獗Ｗo(hù)，700°C燒結(jié)8小時(shí)。料冷卻后出爐，經(jīng)過粉碎、分級(jí)和后處理 后，得到亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰正極材料。
權(quán)利要求
一種亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的制造方法，其特征在于在配料時(shí)添加有效的阻聚劑，經(jīng)混料和球磨后均一分布在鐵源周圍。在升溫階段和高溫固相反應(yīng)階段，阻聚劑有效地阻止鐵源原料的顆粒團(tuán)聚、有效地阻止磷酸亞鐵鋰晶粒的團(tuán)聚和長(zhǎng)大行為，從而獲得粒子尺寸均一、初級(jí)粒子為亞微米級(jí)超細(xì)高性能的磷酸亞鐵鋰正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的制造方法，其特征在 于這種有效的阻聚劑是有機(jī)高分子阻聚劑淀粉、重油、熱固性塑料粉末如酚醛塑料、環(huán) 氧塑料、聚氨酯塑料?？梢允巧鲜鰡我晃镔|(zhì)，也可以是上述多元混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的制造方法，其特征在 于以上所述的有效阻聚劑是無機(jī)型阻聚劑超細(xì)碳粉、石墨粉、草酸亞鐵、草酸?？梢允巧?述單一物質(zhì)，也可以是上述多元混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的制造方法，其特征在 于以上所述的有效阻聚劑是無機(jī)型和高分子型多元混合組成的協(xié)同阻聚劑由淀粉、重 油、熱固性塑料粉末如酚醛塑料、環(huán)氧塑料、聚氨酯塑料中的一種或一種以上與超細(xì)碳粉、 石墨粉、草酸亞鐵、草酸中的一種或一種以上組成的協(xié)同阻聚劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的制造方法，其特征在 于以上所述的有效阻聚劑在高溫固相反應(yīng)時(shí)，同時(shí)具有還原性能，還原三價(jià)鐵為二價(jià)鐵， 加速磷酸亞鐵鋰的生成。
全文摘要
一種亞微米級(jí)超細(xì)磷酸亞鐵鋰材料的制造方法，涉及到鋰離子電池正極材料的工業(yè)化制造。其特征在于在配料時(shí)加入有效的阻聚劑，經(jīng)混料和球磨后阻聚劑均一分布在鐵源周圍。在升溫階段和高溫固相反應(yīng)階段，阻聚劑有效地阻止鐵源原料的顆粒團(tuán)聚、有效地阻止磷酸亞鐵鋰晶粒的團(tuán)聚和長(zhǎng)大行為，從而獲得粒子尺寸均一、初級(jí)粒子為亞微米級(jí)超細(xì)高性能的磷酸亞鐵鋰材料。高溫固相反應(yīng)時(shí)，阻聚劑同時(shí)具有還原性能，可以有效地將三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵，加速磷酸亞鐵鋰的高溫固相反應(yīng)。
文檔編號(hào)H01M4/58GK101920950SQ20091014755
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者喻維杰 申請(qǐng)人:喻維杰