CN102009969A - 一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法。本发明属于锂离子电池技术领域。一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，处理过程包括：1)磷酸铁锂材料的润湿处理：用0.1-3%重量百分比浓度的润湿剂处理磷酸铁锂材料，形成均匀的水性悬浊液；2)用酸溶液浸出磷酸铁锂表面的高活性铁离子：将pH值为0-1的酸溶液在搅拌状态下加入到磷酸铁锂悬浊液中，pH值保持在1.5-2.5之间，搅拌使体系充分反应；3)过滤烘干：溶液过滤，滤出的磷酸铁锂用蒸馏水或纯净水洗涤；真空条件或保护性气体气氛下烘干，得到最终的磷酸铁锂材料。本发明具有工工艺简单，操作方便，能有效提高电池的搁置寿命和高温性能，产品质量稳定，电池性能大幅改善等优点。

Description

一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法。
背景技术
目前，锂离子电池用的磷酸铁锂材料具有无与伦比的安全性，超长的循环寿命、良好的高温性能和稳定的放电平台，是用于电动交通工具、储能电池和大倍率电动工具电池的唯一侯选正极材料。不同工艺制造的磷酸铁锂材料具有相当大的性能差异。其中，磷酸铁锂材料的自放电问题是较为严重的问题之一。例如，很多固相法合成的磷酸铁锂材料月自放电达到3%以上。而碳包覆良好、水热法制造磷酸铁锂材料月自放电小于1%。自放电高的材料一般高温循环和储存性能也比较差，典型数据是：55℃循环300次衰减容量超过20%。有文献认为，这是因为磷酸铁锂中残存的Fe2O3或其他高活性铁化合物，在循环过程中，铁离子不断发生电化学或化学溶解，铁离子迁移到负极，堵塞了锂离子扩散通道，从而造成循环寿命的迅速下降。解剖循环后性能较差的电池，也会发现隔膜和负极变成棕色或黄色，离子探针色谱证明出现大量的铁离子。因此，消除了铁离子的溶解和迁移，就可以有效地改善电池的自放电性能和高温性能。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法。
本发明目的是提供一种具有工工艺简单，操作方便，材料性能优良，能有效提高电池的搁置寿命和高温性能，产品质量稳定，电池性能大幅改善等优点的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法。防止铁离子溶出向负极迁移，避免负极的锂离子扩散通道被堵塞，从而改善磷酸铁锂材料的自放电和高温性能。
本发明的技术原理是：首先改善磷酸铁锂材料的润湿性，然后用酸溶液浸出磷酸铁锂表面的高活性铁离子。溶液的酸度恰好使高活性铁离子溶解而不会溶解磷酸铁锂，这需要将溶液pH值控制在1.5-2.5之间。浸出高活性铁离子后将磷酸铁锂材料洗涤烘干，得到所需要的磷酸铁锂材料。
本发明锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法采用如下技术方案：
一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理过程包括：
1）磷酸铁锂材料的润湿处理：首先用0.1-3%重量百分比浓度的润湿剂处理磷酸铁锂材料，使包覆碳的磷酸铁锂材料形成均匀的水性悬浊液； 
2）用酸溶液浸出磷酸铁锂表面的高活性铁离子：将pH值为0-1的酸溶液在搅拌状态下加入到磷酸铁锂悬浊液中，使最终溶液的pH值保持在1.5-2.5之间，搅拌使体系充分反应；
3）过滤烘干：溶液过滤，滤出的磷酸铁锂用蒸馏水或纯净水洗涤；洗涤后的磷酸铁锂材料，真空条件或保护性气体气氛下烘干，得到最终的磷酸铁锂材料。
本发明锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法还可以采用如下技术措施：
所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：润湿剂为乙醇、甲醇、丙酮或丁酮有机溶剂。可以润湿磷酸铁锂材料表面，又与水无限固溶，同时在烘干过程中蒸发掉，不影响体系性能。
所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：润湿剂处理磷酸铁锂材料时，磷酸铁锂材料与润湿溶液的重量比为1：1-10。
所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：酸溶液中的酸为硝酸和草酸。两种酸都可以达到0-1的pH值，且洗涤后残留的微量酸在随后的烘干过程中可以蒸发或升华掉，不影响体系性能。
所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：酸溶液和磷酸铁锂悬浊液的重量比为1：0.5-2，最终溶液的pH值保持在1.5-2.5之间时搅拌1-3小时。
所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：保护性气体为氮气、氩气、氦气或它们中的一种或几种的混合气体。
所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：滤出的磷酸铁锂用磷酸铁锂材料重量10-20倍的蒸馏水或纯净水洗涤2遍，操作控制温度为10-25℃。
所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特点是：真空条件或保护性气体气氛下烘干温度为180－250℃。
本发明具有的优点和积极效果：
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，发明制得的磷酸铁锂正极材料，经过了酸洗涤，表面高活性铁离子大幅度减少。在组装成磷酸铁锂电池后，正极的铁溶出大幅度减少，有效提高了电池的搁置寿命和高温性能。经过本发明处理的磷酸铁锂电池月自放电降低到0.8%，55℃高温1C/300次循环衰减率由原来的20%降低到11.6%，电池性能得到大幅度改善。
本发明具有工艺简单，操作方便，材料性能优良，能有效提高电池的搁置寿命和高温性能，产品质量稳定，电池性能大幅改善等优点。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下实例，并详细说明如下：
实施例1
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，首先配制100公斤0.1%浓度的乙醇水溶液。配好后，缓慢加入10公斤磷酸铁锂粉体材料搅拌成均匀的悬浊液。然后配制50公斤pH值为0的硝酸溶液，将硝酸溶液在搅拌状态下缓慢加入到磷酸铁锂悬浊液中，以最终溶液的pH值达到2.5为准。到达设定的pH值后， 搅拌1小时，然后将溶液过滤，滤出其中的磷酸铁锂材料。再用150公斤蒸馏水洗涤2遍。以上所有的操作环境温度和溶液温度为25℃。洗涤后的磷酸铁锂材料。在200℃真空条件烘干到恒重（完全干燥），得到最终产品。
实施例2 
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，首先配制1000公斤3%浓度的丁酮水溶液。配好后，缓慢加入1000公斤磷酸铁锂粉体材料搅拌成均匀的悬浊液。然后配制4000公斤pH值为1的硝酸溶液，将硝酸溶液在搅拌状态下缓慢加入到磷酸铁锂悬浊液中，以最终溶液的pH值达到1.5为准。到达设定的pH值后， 搅拌3小时，然后将溶液过滤，滤出其中的磷酸铁锂材料。再用20000公斤蒸馏水分次洗涤2遍。以上所有的操作环境温度和溶液温度为15℃。洗涤后的磷酸铁锂材料。在200℃氩气气体气氛下烘干到恒重（完全干燥），得到最终产品。
实施例3
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，首先配制500公斤1%浓度的甲醇水溶液。配好后，缓慢加入100公斤磷酸铁锂粉体材料搅拌成均匀的悬浊液。配制600公斤pH值为0.5的草酸溶液，将草酸溶液在搅拌状态下缓慢加入到磷酸铁锂悬浊液中，以最终溶液的pH值达到2.0为准。到达设定的pH值后， 搅拌2小时，然后将溶液过滤，滤出其中的磷酸铁锂材料。再用1500公斤蒸馏水洗涤2遍。以上所有的操作环境温度和溶液温度为25℃。洗涤后的磷酸铁锂材料。在200℃真空条件烘干到恒重（完全干燥），得到最终产品。
本发明制得的磷酸铁锂正极材料，经过了酸洗涤，表面高活性铁离子大幅度减少。在组装成磷酸铁锂电池后，正极的铁溶出大幅度减少，有效提高了电池的搁置寿命和高温性能。

Claims (8)

1.一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理过程包括：
1)磷酸铁锂材料的润湿处理：首先用0.1-3%重量百分比浓度的润湿剂处理磷酸铁锂材料，使包覆碳的磷酸铁锂材料形成均匀的水性悬浊液； 
2)用酸溶液浸出磷酸铁锂表面的高活性铁离子：将pH值为0-1的酸溶液在搅拌状态下加入到磷酸铁锂悬浊液中，使最终溶液的pH值保持在1.5-2.5之间，搅拌使体系充分反应；
3)过滤烘干：溶液过滤，滤出的磷酸铁锂用蒸馏水或纯净水洗涤；洗涤后的磷酸铁锂材料，真空条件或保护性气体气氛下烘干，得到最终的磷酸铁锂材料。
2.按照权利要求1所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：润湿剂为乙醇、甲醇、丙酮或丁酮有机溶剂。
3.按照权利要求1或2所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：润湿剂处理磷酸铁锂材料时，磷酸铁锂材料与润湿溶液的重量比为1：1-10。
4.按照权利要求1所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：酸溶液中的酸为硝酸和草酸。
5.按照权利要求4或5所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：酸溶液和磷酸铁锂悬浊液的重量比为1：0.5-2，最终溶液的pH值保持在1.5-2.5之间时搅拌1-3小时。
6.按照权利要求1所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：保护性气体为氮气、氩气、氦气或它们中的一种或几种的混合气体。
7.按照权利要求1所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：滤出的磷酸铁锂用磷酸铁锂材料重量10-20倍的蒸馏水或纯净水洗涤2遍，操作控制温度为10-25℃。
8.按照权利要求1所述的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的处理方法，其特征是：真空条件或保护性气体气氛下烘干温度为180－250℃。
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