[發明專利]正極材料制備方法、正極材料以及電池

在審

• 申請號: 201610792826.5
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN107799730A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 陳春華;胡喬;廖家英;鄒邦坤;程濤
• 申請（專利權）人: 蘇州艾美得新能源材料有限公司;陳春華
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電池領域，具體涉及一種正極材料的制備方法。

本發明還涉及一種正極材料以及使用該正極材料的電池。

背景技術

20世紀80年代科學家們為尋找環境友好型的新能源材料,在鋰原電池的基礎上發展了可充放電的鋰二次電池。由于正極材料是公認的鋰離子電池中最為關鍵的材料,其性能好壞將直接影響電池各項性能(儲能密度、循環壽命、安全性等),所以其發展也最值得關注。在Goodenough等提出層狀鈷酸鋰(LiCoO₂)作為正極材料并由Sony公司在1990年實現商品化應用以后，人們相繼發現了其它的鋰離子電池正極材料。磷酸鐵鋰(LiFePO₄)作為一種新型鋰離子電池正極材料，較其他鋰離子電池材料(錳酸鋰，鎳鈷錳酸鋰等)相比，擁有環境無污染、價格低廉、循環壽命長及安全性高等明顯優勢，因而成為小型電子設備、電動工具、動力電池及未來大型儲能設備的首選材料。然而磷酸鐵鋰也存在離子和電子導電率較低(約10^-9S·cm^-1)等缺點，限制了其在大倍率電流充放電情況下的可逆容量以及低溫下的電化學性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種正極材料的制備方法，該方法可以改善正極材料的顆粒形貌，從而提高其電化學性能。

本發明提供了一種正極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：將鋰源、釩源、磷源、第一碳源按照預定的比例混合，球磨，得到混合均勻的第一溶液；將所述第一溶液進行干燥處理，得到前驅體；將前驅體置于惰性氣氛下進行預燒處理，預燒溫度為200-450℃，預燒時間為2-10小時，得到磷酸釩鋰預燒粉；將磷酸釩鋰預燒粉與磷酸鐵鋰按照質量比x:1-x進行混合，加入第二碳源研磨，獲得的產物置于惰性氣氛中燒結，燒結的溫度范圍為600-950℃，燒結時間為5-16小時。

優選的，預定的摩爾比的范圍為2.9-3.3:2.9-3.3:2。進一步的，預定的摩爾比為3:3:2。

優選的，所述鋰源為磷酸二氫鋰、硝酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰中的至少一種。

優選的，所述釩源為五氧化二釩、三氧化二釩、二氧化釩和偏釩酸銨中的至少一種。

優選的，磷源為磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸中的至少一種。

優選的，所述第一碳源為含碳化合物，包括但不僅限于糖類、有機酸、有機酸酯、小分子醇和其它含碳高分子化合物，如聚乙烯醇(PVA)和檸檬酸(CA)等中的至少一種。

優選的，所述第二碳源為葡萄糖、聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚丁烯醇中的一種或多種。優選的，第二碳源為葡萄糖或聚乙烯醇。

優選的，所述預燒溫度為300-400℃，預燒時間為4-6小時。

優選的，所述x取值為0到10％。

優選的，以所述磷源、鋰源、釩源和第一碳源的總重量為100％，所述第一碳源為5-15wt％。

優選的，第二碳源占比為5～15wt％。

優選的，所述燒結的溫度為700-800℃，燒結時間為8-16小時。

通過在磷酸鐵鋰中混入少量磷酸釩鋰預處理粉，在高溫條件下，有機碳源在釩的作用下催化生成石墨烯，而石墨烯是一種導電性能優異的材料，石墨烯在磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰材料中均勻分布能夠在一定的程度上提高材料的電子和離子的導電率，從而改善磷酸鐵鋰的倍率和低溫性能。通過本發明提供的鋰離子電池正極材料的制備方法，可以獲得顆粒均勻分布、石墨烯均勻包覆的正極材料，該材料具有優異的循環性能和低溫性能。

本發明還提出了一種鋰電池正極材料。正極材料包括磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰和石墨烯，磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰為基體，石墨烯包覆磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰，石墨烯的包覆量為基體材料的1.5～5wt％。

優選的，所述磷酸釩鋰與磷酸鐵鋰的比例范圍為x:1-x，其中0<x≤10％。

優選的，所述正極材料的顆粒為類橢球形，顆粒的尺寸范圍為50-300nm。

本發明還提供一種正極材料，包括磷酸釩鋰和石墨烯，磷酸釩鋰為基體，石墨烯包覆磷酸釩鋰，石墨烯的包覆量為基體材料的1.5～5wt％。

優選的，所述正極材料的顆粒為類球形，顆粒的尺寸范圍為0.5-2um。

與現有技術相比，本發明提供的正極材料，材料的顆粒形貌均勻，石墨烯均勻包覆在磷酸釩鋰基體或者磷酸鐵鋰與磷酸釩鋰基體上，提升磷酸鐵鋰或者磷酸釩鋰材料的性能。

本發明還提供一種電池，包括正極、負極和電解液，正極包括上述正極材料。