一種鋰離子電池正極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鋰離子電池正極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1997年，隨著Padhi等人發(fā)現(xiàn)橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO4(M = Fe，Mn，Co，Ni)具有優(yōu)良的電化學性能后，電池界引起了一場巨大的轟動。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)原料來源廣泛，成本低，無環(huán)境污染，材料結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，廣泛應用于動力電池的正極材料。
[0003]目前產(chǎn)業(yè)化制備磷酸鐵鋰主要還是采用濕法混料結(jié)合高溫固相燒結(jié)法、液相法。高溫固相法需要高強度和高能耗的機械研磨，以及和高能耗的料漿干燥設(shè)備，投資巨大，且生產(chǎn)周期較長，加工成本高。液相法主要包括水熱法、溶膠凝膠法、共沉淀法等，由于影響液相法的控制因素較多，重復性相對較差，在大規(guī)模生產(chǎn)過程中穩(wěn)定性欠佳，成本高昂。
[0004]申請?zhí)枮?012104033999的中國專利文獻公開了一種工業(yè)化生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的方法，該方法采用三價鐵源、鋰源和碳源在混料機混料后，通過氣流磨控制混合物的粒度，然后進行低溫度燒結(jié)和一次包碳，并通過與碳源混合進行二次包覆的方法獲得性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰正極材料，IC容量達到125?140mAh/g。該方法在工業(yè)生產(chǎn)過程中省去了溶劑引入的過程，一定程度上提高了生產(chǎn)經(jīng)濟性，但是該工藝的混料時間仍然較長，采用碳源與原材料干法混合，并進行二次包碳，碳包覆的均勻性與液相相比還是有一定的差距，其成本和性能仍然有非常大的改善和提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鋰離子電池正極材料的制備方法，簡化制備步驟，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得更加優(yōu)異的鋰電池正極材料。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)將鋰源、鐵源、磷源稱量后轉(zhuǎn)入到混合設(shè)備中充分混合，持續(xù)混料時間為5?60mino
[0009]2)將粘結(jié)劑充分溶解在溶劑中；
[0010]3)將步驟I)所得物料攪拌混合，通過霧化裝置將步驟2)所得溶液噴灑到正在攪拌的物料中，實現(xiàn)二者均勻混合，再進行切割成型；
[0011]4)將步驟3)所得物料于惰性氣氛下的燒結(jié)爐上進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為600?900°C，燒結(jié)時間為I?15h。
[0012]進一步地，所述鐵源為三氧化二鐵、草酸亞鐵、檸檬酸鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵、磷酸鐵中的一種或幾種；所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰、磷酸二氫鋰中的一種或幾種；所述磷源為磷酸鐵、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鋰、磷酸中的一種或幾種。
[0013]進一步地，所述磷酸鐵的晶型為單斜晶型、六方晶型、三方晶系、無定型態(tài)、正交晶系中的一種或幾種；
[0014]進一步地，所述步驟I)中鋰、鐵、磷元素(Li/Fe/P)的摩爾比為(I?1.2): (I?1.1): (I ?1.1) ο
[0015]進一步地，所述步驟2)中粘結(jié)劑質(zhì)量為溶劑質(zhì)量的5%?25%。
[0016]進一步地，所述步驟I)中轉(zhuǎn)入到混合設(shè)備中的物質(zhì)還包括添加劑和/或粘結(jié)劑。
[0017]進一步地，所述步驟2)中溶入到溶劑中的物質(zhì)還包括添加劑。
[0018]進一步地，所述添加劑為乙酸鎂、乙酸錳、乙酸鎳、乙酸鈷、鈦酸四丁酯、七水合鉬酸銨、氧化鎂、二氧化鈦、三氧化鉬中的一種或幾種。
[0019]進一步地，所述粘結(jié)劑為葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚乙二醇、檸檬酸、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、酚醛樹脂、草酸、乙酸、月桂酸中的一種或幾種。
[0020]進一步地，所述溶劑為去離子水、甲醇、乙醇、異丙醇中的一種或幾種，其質(zhì)量占原材料質(zhì)量的15%?50%，該原材料為鋰源、鐵源、磷源、添加劑和粘結(jié)劑的總和。
[0021]該制備工藝的原理是，通過混合設(shè)備(如V型混料機、超級混合機、三維混料機、V型混合加濕機等)將鋰源、鐵源、磷源進行充分混合均勻，必要時可混入添加劑或粘結(jié)劑，然后將混合物加入到物料鍋，在攪拌槳的作用下進行上下翻滾的旋轉(zhuǎn)運動，同時物料又被攪拌槳的離心力作用沿容器壁方向作運動變化，形成半流動的高效混和狀態(tài)，物料被碰撞分散達到進一步的混和均勻，然后通過霧化裝置向粉料注入已經(jīng)溶解完的粘結(jié)劑溶液，使粉料逐漸濕潤，物料性狀發(fā)生變化，加強了槳葉和筒壁對物料的擠壓、摩擦、捏合，在粘合劑的作用下，逐步生成液橋，物料逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷傻能洸?，最后通過切割刀的控制，形成具有一定宏觀尺寸和形貌的粉體。將該粉體置于惰性氣氛(如氮氣、氬氣、氫氣等)下的燒結(jié)爐在一定溫度下進行燒結(jié)，燒結(jié)一段時間后制得電池正極材料。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0023]1.與濕法研磨相比，該混合工藝的優(yōu)選降低了昂貴研磨設(shè)備的成本和研磨過程中的尚能耗；
[0024]2.通過混料機的優(yōu)選，提高了原材料間的均勻性，縮短了混料時間，提高了原材料的混合效率；
[0025]3.與兩次干法混合包碳相比，采用濕法溶解粘結(jié)劑，液態(tài)粘結(jié)劑溶液能夠更均勻地分布在原材料之間，反應更加充分，碳包覆的均勻性更好，并且有效地縮短了包碳步驟，降低了生產(chǎn)成本；
[0026]4.與干法混合工藝相比，溶劑的引入能夠排除原材料之間的空隙，原材料之間的反應距離大大地縮短，反應更加充分；另外，制粒過程能夠提升燒結(jié)過程的裝禍量，而且使得顆粒更加均勻，保持較高的一致性，同步提高產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明采用實施例1制備的鋰離子電池正極材料的XRD圖。
[0028]圖2為本發(fā)明采用實施例1制備的鋰離子電池正極材料的SEM圖。
[0029]圖3A、圖3B為本發(fā)明采用實施例1制備的鋰離子電池正極材料的電化學性能圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖作詳細說明如下。
[0031]實施例1
[0032]稱量1551g單斜晶型的磷酸鐵、394g碳酸鋰、32g 二氧化鈦、10g淀粉，將其倒入到1L的超級混合機中，開啟電源，混料30min，卸料備用；將85g葡萄糖溶解于648g去離子水中，充分溶解均勻，備用；將超級混合機的混合物料轉(zhuǎn)移至濕法造粒機中，開啟攪拌，用蠕動栗將含有葡萄糖的水溶液打入到霧化裝置中，經(jīng)過霧化裝置與混合物料進行混合，將混合均勻后的物料通過制粒機的切割刀切割成米粒狀，將米粒狀物料在氮氣氣氛的燒結(jié)爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度730°C，燒結(jié)時間為4h，得到磷酸鐵鋰正極材料，記為樣品A ;
[0033]為了對比本發(fā)明提供的制備方法的