專利名稱：一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵 鋰的處理方法。
背景技術(shù)：
目前，鋰離子電池用的磷酸鐵鋰材料具有無與倫比的安全性，超長(zhǎng)的循環(huán)壽 命、良好的高溫性能和穩(wěn)定的放電平臺(tái)，是用于電動(dòng)交通工具、儲(chǔ)能電池和大倍率電動(dòng) 工具電池的唯一侯選正極材料。不同工藝制造的磷酸鐵鋰材料具有相當(dāng)大的性能差異。 其中，磷酸鐵鋰材料的自放電問題是較為嚴(yán)重的問題之一。例如，很多固相法合成的磷 酸鐵鋰材料月自放電達(dá)到3%以上。而碳包覆良好、水熱法制造磷酸鐵鋰材料月自放電小 于1%。自放電高的材料一般高溫循環(huán)和儲(chǔ)存性能也比較差，典型數(shù)據(jù)是55°C循環(huán)300 次衰減容量超過20%。有文獻(xiàn)認(rèn)為，這是因?yàn)榱姿徼F鋰中殘存的Fe2O3或其他高活性鐵 化合物，在循環(huán)過程中，鐵離子不斷發(fā)生電化學(xué)或化學(xué)溶解，鐵離子遷移到負(fù)極，堵塞 了鋰離子擴(kuò)散通道，從而造成循環(huán)壽命的迅速下降。解剖循環(huán)后性能較差的電池，也會(huì) 發(fā)現(xiàn)隔膜和負(fù)極變成棕色或黃色，離子探針色譜證明出現(xiàn)大量的鐵離子。因此，消除了 鐵離子的溶解和遷移，就可以有效地改善電池的自放電性能和高溫性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰 的處理方法。本發(fā)明目的是提供一種具有工工藝簡(jiǎn)單，操作方便，材料性能優(yōu)良，能有效提 高電池的擱置壽命和高溫性能，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，電池性能大幅改善等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池 正極材料磷酸鐵鋰的處理方法。防止鐵離子溶出向負(fù)極遷移，避免負(fù)極的鋰離子擴(kuò)散通 道被堵塞，從而改善磷酸鐵鋰材料的自放電和高溫性能。本發(fā)明的技術(shù)原理是首先改善磷酸鐵鋰材料的潤(rùn)濕性，然后用酸溶液浸出磷 酸鐵鋰表面的高活性鐵離子。溶液的酸度恰好使高活性鐵離子溶解而不會(huì)溶解磷酸鐵 鋰，這需要將溶液pH值控制在1.5-2.5之間。浸出高活性鐵離子后將磷酸鐵鋰材料洗滌 烘干，得到所需要的磷酸鐵鋰材料。本發(fā)明鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法采用如下技術(shù)方案
一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是鋰離子電池正極材料磷 酸鐵鋰的處理過程包括
1)磷酸鐵鋰材料的潤(rùn)濕處理首先用0.1-3%重量百分比濃度的潤(rùn)濕劑處理磷酸鐵 鋰材料，使包覆碳的磷酸鐵鋰材料形成均勻的水性懸濁液；
2)用酸溶液浸出磷酸鐵鋰表面的高活性鐵離子將pH值為0-1的酸溶液在攪拌狀 態(tài)下加入到磷酸鐵鋰懸濁液中，使最終溶液的pH值保持在1.5-2.5之間，攪拌使體系充分 反應(yīng)；3)過濾烘干溶液過濾，濾出的磷酸鐵鋰用蒸餾水或純凈水洗滌；洗滌后的磷酸 鐵鋰材料，真空條件或保護(hù)性氣體氣氛下烘干，得到最終的磷酸鐵鋰材料。本發(fā)明鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法還可以采用如下技術(shù)措施
所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是潤(rùn)濕劑為乙醇、甲 醇、丙酮或丁酮有機(jī)溶劑?？梢詽?rùn)濕磷酸鐵鋰材料表面，又與水無限固溶，同時(shí)在烘干 過程中蒸發(fā)掉，不影響體系性能。所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是潤(rùn)濕劑處理磷酸 鐵鋰材料時(shí)，磷酸鐵鋰材料與潤(rùn)濕溶液的重量比為1 1-10。所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是酸溶液中的酸為 硝酸和草酸。兩種酸都可以達(dá)到0-1的pH值，且洗滌后殘留的微量酸在隨后的烘干過程 中可以蒸發(fā)或升華掉，不影響體系性能。所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是酸溶液和磷酸鐵 鋰懸濁液的重量比為1: 0.5-2，最終溶液的pH值保持在1.5-2.5之間時(shí)攪拌1-3小時(shí)。所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是保護(hù)性氣體為氮 氣、氬氣、氦氣或它們中的一種或幾種的混合氣體。所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是濾出的磷酸鐵鋰 用磷酸鐵鋰材料重量10-20倍的蒸餾水或純凈水洗滌2遍，操作控制溫度為10-25°C。所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特點(diǎn)是真空條件或保護(hù) 性氣體氣氛下烘干溫度為180 - 250°C。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與 現(xiàn)有技術(shù)相比，發(fā)明制得的磷酸鐵鋰正極材料，經(jīng)過了酸洗滌，表面高活性鐵離子大幅 度減少。在組裝成磷酸鐵鋰電池后，正極的鐵溶出大幅度減少，有效提高了電池的擱 置壽命和高溫性能。經(jīng)過本發(fā)明處理的磷酸鐵鋰電池月自放電降低到0.8%，55°C高溫 1C/300次循環(huán)衰減率由原來的20%降低到11.6%，電池性能得到大幅度改善。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，材料性能優(yōu)良，能有效提高電池的擱置壽命 和高溫性能，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，電池性能大幅改善等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲列舉以下實(shí)例，并詳細(xì)說 明如下
實(shí)施例1
鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，首先配制100公斤0.1%濃度的乙醇水溶 液。配好后，緩慢加入10公斤磷酸鐵鋰粉體材料攪拌成均勻的懸濁液。然后配制50公 斤pH值為0的硝酸溶液，將硝酸溶液在攪拌狀態(tài)下緩慢加入到磷酸鐵鋰懸濁液中，以最 終溶液的pH值達(dá)到2.5為準(zhǔn)。到達(dá)設(shè)定的pH值后，攪拌1小時(shí)，然后將溶液過濾，濾 出其中的磷酸鐵鋰材料。再用150公斤蒸餾水洗滌2遍。以上所有的操作環(huán)境溫度和溶 液溫度為25°C。洗滌后的磷酸鐵鋰材料。在200°C真空條件烘干到恒重(完全干燥)， 得到最終產(chǎn)品。
實(shí)施例2
鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，首先配制1000公斤3%濃度的丁酮水溶 液。配好后，緩慢加入1000公斤磷酸鐵鋰粉體材料攪拌成均勻的懸濁液。然后配制4000 公斤pH值為1的硝酸溶液，將硝酸溶液在攪拌狀態(tài)下緩慢加入到磷酸鐵鋰懸濁液中，以 最終溶液的pH值達(dá)到1.5為準(zhǔn)。到達(dá)設(shè)定的pH值后，攪拌3小時(shí)，然后將溶液過濾， 濾出其中的磷酸鐵鋰材料。再用20000公斤蒸餾水分次洗滌2遍。以上所有的操作環(huán)境 溫度和溶液溫度為15°C。洗滌后的磷酸鐵鋰材料。在200°C氬氣氣體氣氛下烘干到恒重 (完全干燥)，得到最終產(chǎn)品。實(shí)施例3
鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，首先配制500公斤1%濃度的甲醇水溶 液。配好后，緩慢加入100公斤磷酸鐵鋰粉體材料攪拌成均勻的懸濁液。配制600公斤 pH值為0.5的草酸溶液，將草酸溶液在攪拌狀態(tài)下緩慢加入到磷酸鐵鋰懸濁液中，以最 終溶液的pH值達(dá)到2.0為準(zhǔn)。到達(dá)設(shè)定的pH值后，攪拌2小時(shí)，然后將溶液過濾，濾 出其中的磷酸鐵鋰材料。再用1500公斤蒸餾水洗滌2遍。以上所有的操作環(huán)境溫度和溶 液溫度為25°C。洗滌后的磷酸鐵鋰材料。在200°C真空條件烘干到恒重(完全干燥)， 得到最終產(chǎn)品。本發(fā)明制得的磷酸鐵鋰正極材料，經(jīng)過了酸洗滌，表面高活性鐵離子大幅度減 少。在組裝成磷酸鐵鋰電池后，正極的鐵溶出大幅度減少，有效提高了電池的擱置壽命 和高溫性能。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是鋰離子電池正極材料 磷酸鐵鋰的處理過程包括1)磷酸鐵鋰材料的潤(rùn)濕處理首先用0.1-3%重量百分比濃度的潤(rùn)濕劑處理磷酸鐵鋰 材料，使包覆碳的磷酸鐵鋰材料形成均勻的水性懸濁液；2)用酸溶液浸出磷酸鐵鋰表面的高活性鐵離子將pH值為0-1的酸溶液在攪拌狀態(tài) 下加入到磷酸鐵鋰懸濁液中，使最終溶液的pH值保持在1.5-2.5之間，攪拌使體系充分反 應(yīng)；3)過濾烘干溶液過濾，濾出的磷酸鐵鋰用蒸餾水或純凈水洗滌；洗滌后的磷酸鐵 鋰材料，真空條件或保護(hù)性氣體氣氛下烘干，得到最終的磷酸鐵鋰材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是潤(rùn) 濕劑為乙醇、甲醇、丙酮或丁酮有機(jī)溶劑。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是 潤(rùn)濕劑處理磷酸鐵鋰材料時(shí)，磷酸鐵鋰材料與潤(rùn)濕溶液的重量比為1 1-10。
4.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是酸 溶液中的酸為硝酸和草酸。
5.按照權(quán)利要求4或5所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是 酸溶液和磷酸鐵鋰懸濁液的重量比為1 0.5-2，最終溶液的pH值保持在1.5-2.5之間時(shí) 攪拌1-3小時(shí)。
6.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是保 護(hù)性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣或它們中的一種或幾種的混合氣體。
7.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是濾 出的磷酸鐵鋰用磷酸鐵鋰材料重量10-20倍的蒸餾水或純凈水洗滌2遍，操作控制溫度為 10-25 "C。
8.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，其特征是真 空條件或保護(hù)性氣體氣氛下烘干溫度為180 - 250°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法。本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。一種鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的處理方法，處理過程包括1)磷酸鐵鋰材料的潤(rùn)濕處理用0.1-3%重量百分比濃度的潤(rùn)濕劑處理磷酸鐵鋰材料，形成均勻的水性懸濁液；2)用酸溶液浸出磷酸鐵鋰表面的高活性鐵離子將pH值為0-1的酸溶液在攪拌狀態(tài)下加入到磷酸鐵鋰懸濁液中，pH值保持在1.5-2.5之間，攪拌使體系充分反應(yīng)；3)過濾烘干溶液過濾，濾出的磷酸鐵鋰用蒸餾水或純凈水洗滌；真空條件或保護(hù)性氣體氣氛下烘干，得到最終的磷酸鐵鋰材料。本發(fā)明具有工工藝簡(jiǎn)單，操作方便，能有效提高電池的擱置壽命和高溫性能，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，電池性能大幅改善等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B25/45GK102009969SQ20101053738
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者朱杰, 杜振山 申請(qǐng)人:河北力滔電池材料有限公司