一种磷酸铁锂材料的制备方法及其应用与流程

本发明涉及电池，更具体地，尤其涉及一种磷酸铁锂材料的制备方法，磷酸铁锂材料，以及锂离子电池。

背景技术：

1、作为当前综合性能最优异的二次电池代表，锂离子电池的商业化最早可以追溯至20世纪90年代，经过多年的研究，磷酸铁锂正极材料成为目前锂离子电池领域中性能较好的一种技术路线。

2、磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，具有高电压、高比容量、长循环寿命、体积小、成本低等优点成为了电动汽车用电池的有力竞争者。但是传统的磷酸铁锂材料由于压实密度低，导致了电池能量密度偏低，使得电池里程续航较短，限制其在动力电池领域的应用。

3、因此，有必要提供一种具有高压实密度磷酸铁锂正极材料及其制备方法，扩大其在动力电池领域的发展具有里程碑意义。常规的磷酸铁锂及其前驱体的制备方法包括高温固相法、溶胶凝胶法和共沉淀法等，采用常规单一的制备方法，制得的前驱体或磷酸铁锂正极材料压实密度较低，导致应用于正极材料及相应的电池的电化学比容量较低，不能满足高性能应用需求。

4、目前已知的采用前驱体二级配方式制备磷酸铁锂正极材料的方案，然而该方案新增了研磨工艺制备不同粒径颗粒前驱体，工艺复杂度提高，并且材料的元素均匀度不能保证，实际上仍然不能实际获得满足高性能要求的磷酸铁锂正极材料。

技术实现思路

1、鉴于以上内容，本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种磷酸铁锂材料的制备方法及其应用，通过第一次的混料、研磨、干燥、烧结，制备得到磷酸铁锂中间体，再将磷酸铁锂中间体经过第二次的混料、研磨、干燥、烧结，制备得到磷酸铁锂材料，第一次的制备步骤与第二次的制备步骤分别制备的材料能够实现级配结构，同时具有高均匀磷酸铁锂元素分布及金属掺杂，以及致密均匀的碳包覆层，能够优选提高材料电化学性能。同时，该磷酸铁锂材料的制备方法工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。

2、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种磷酸铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括：

3、s10、按照一定比例，取第一磷酸铁、碳酸锂、第一碳源、掺杂剂和去离子水混合得到第一混合液，经搅拌分散、第一湿法研磨、喷雾干燥、第一烧结、第一粉碎，得到磷酸铁锂中间体；

4、s20、按照一定比例，取磷酸铁锂中间体、第二磷酸铁、碳酸锂、第二碳源和去离子水混合得到第二混合液，经搅拌分散、第二湿法研磨、喷雾干燥、第二烧结、第二粉碎，得到所述磷酸铁锂材料。

5、优选地，所述磷酸铁锂中间体的平均粒径小于所述磷酸铁锂材料的平均粒径。

6、优选地，所述第一磷酸铁的比表面积大于所述第二磷酸铁的比表面积，所述第一磷酸铁的颗粒粒径小于所述第二磷酸铁的颗粒粒径；较佳地，所述第一磷酸铁满足：比表面积在8m2/g-20m2/g，颗粒粒径在40nm-120nm；第二磷酸铁满足：比表面积在4m2/g-16m2/g，颗粒粒径在120nm-200nm。

7、优选地，所述第一磷酸铁的铁磷摩尔比fe/p在0.955-0.985，所述第二磷酸铁的铁磷摩尔比fe/p在0.955-0.970；及/或，

8、所述碳酸锂的纯度≥99.5％，和对应的第一磷酸铁或第二磷酸铁的锂铁摩尔比li/fe在1.01-1.07；及/或，

9、所述第一碳源包括葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、柠檬酸中的至少一种；较佳地，所述第一碳源的加入量满足碳含量占目标制备磷酸铁锂材料质量比在0.1wt％-0.4wt％；及/或，

10、所述掺杂剂包括二氧化钛、偏钒酸铵和五氧化二铌的混合物；较佳地，所述二氧化钛、偏钒酸铵和五氧化二铌的加入量满足目标制备磷酸铁锂材料的钛、钒、铌含量在4000ppm-6000ppm、1000ppm-3000ppm、300ppm-1000ppm；及/或，

11、所述第二碳源包括葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、柠檬酸中的至少一种；较佳地，所述第二碳源的加入量满足碳含量占目标制备磷酸铁锂材料质量比在1.1wt％-1.5wt％；及/或，

12、所述第一混合液的固含量在30wt％-50wt％；及/或，

13、所述第二混合液的固含量在30wt％-50wt％。

14、优选地，所述第一湿法研磨的砂磨粒度小于第二湿法研磨的砂磨粒度；较佳地，所述第一湿法研磨满足：砂磨粒度d50在0.1μm-0.4μm；所述第二湿法研磨满足：砂磨粒径d50在0.4μm-0.8μm。

15、优选地，所述喷雾干燥的进风温度在180℃-260℃，出风温度在80℃-140℃，干燥产物粒度d50在20μm-60μm，水含量≤1.5％；及/或，

16、所述第一粉碎后的材料粒度d50在0.4μm-1.0μm，所述第二粉碎后的材料粒度d50在0.8μm-1.4μm。

17、优选地，所述第一烧结的烧结温度低于所述第二烧结的烧结温度；较佳地，所述第一烧结的烧结温度在450℃-600℃，烧结时间在4h-10h；所述第二烧结的烧结温度在760℃-820℃，烧结时间在4h-10h。

18、优选地，所述磷酸铁锂中间体与所述第二磷酸铁的质量比在3:7-7:3。

19、第二方面，本发明实施例还提供了一种磷酸铁锂材料，所述磷酸铁锂材料由上述第一方面所述的制备方法制得。

20、第三方面，本发明实施例还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：由上述第二方面所述的磷酸铁锂材料制得的电池正极。

21、本发明提出了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过采用两步法合成，第一步烧结单独制备磷酸铁锂小颗粒或大颗粒材料，第二步烧结在保留第一步颗粒材料的基础上，补充制备磷酸铁锂大颗粒或小颗粒材料，此种方法优化了材料的颗粒级配，解决了传统方法中正极材料颗粒结合不紧密问题，制备得到同时具有高容量和高压实密度性能的磷酸铁锂正极材料。同时，该制备方法的工艺流程简洁、设备需求低，适于大规模工业生产中应用。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂中间体的平均粒径小于所述磷酸铁锂材料的平均粒径。

3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述第一磷酸铁的比表面积大于所述第二磷酸铁的比表面积，所述第一磷酸铁的颗粒粒径小于所述第二磷酸铁的颗粒粒径；较佳地，所述第一磷酸铁满足：比表面积在8m2/g-20m2/g，颗粒粒径在40nm-120nm；第二磷酸铁满足：比表面积在4m2/g-16m2/g，颗粒粒径在120nm-200nm。

4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述第一磷酸铁的铁磷摩尔比fe/p在0.955-0.985，所述第二磷酸铁的铁磷摩尔比fe/p在0.955-0.970；及/或，

5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述第一湿法研磨的砂磨粒度小于第二湿法研磨的砂磨粒度；较佳地，所述第一湿法研磨满足：砂磨粒度d50在0.1μm-0.4μm；所述第二湿法研磨满足：砂磨粒径d50在0.4μm-0.8μm。

6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的进风温度在180℃-260℃，出风温度在80℃-140℃，干燥产物粒度d50在20μm-60μm，水含量≤1.5％；及/或，

7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的烧结温度低于所述第二烧结的烧结温度；较佳地，所述第一烧结的烧结温度在450℃-600℃，烧结时间在4h-10h；所述第二烧结的烧结温度在760℃-820℃，烧结时间在4h-10h。

8.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂中间体与所述第二磷酸铁的质量比在3:7-7:3。

9.一种磷酸铁锂材料，其特征在于，所述磷酸铁锂材料由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括：由权利要求9所述的磷酸铁锂材料制得的电池正极。

技术总结
本发明提供一种磷酸铁锂材料的制备方法，按照一定比例，取第一磷酸铁、碳酸锂、第一碳源、掺杂剂和去离子水混合得到第一混合液，经搅拌分散、第一湿法研磨、喷雾干燥、第一烧结、第一粉碎，得到磷酸铁锂中间体；按照一定比例，取磷酸铁锂中间体、第二磷酸铁、碳酸锂、第二碳源和去离子水混合得到第二混合液，经搅拌分散、第二湿法研磨、喷雾干燥、第二烧结、第二粉碎，得到所述磷酸铁锂材料。工艺流程简单，材料压实密度高。本发明还提供了磷酸铁锂材料及锂离子电池。

技术研发人员：阮家浩,屈再婷,魏义华,刘晓玲,王正杰,余姗,孙杰,何中林
受保护的技术使用者：湖北融通高科先进材料集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22