[發明專利]磷酸鐵鋰正極復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611242627.3
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106953073A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 易巧云;韋中樂
• 申請（專利權）人: 蔚來汽車有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 盧曼,楊思捷

技術領域

本發明涉及用于鋰離子二次電池的磷酸鐵鋰正極復合材料、尤其涉及由三元材料包覆磷酸鐵鋰而成的正極復合材料。本發明還涉及用溶膠凝膠法制備上述磷酸鐵鋰正極復合材料的方法。上述鋰離子二次電池用于新能源汽車、新能源儲能電站等。

背景技術

為了順應全球緊張的能源局勢和環境保護要求，當前我國政府高度重視新能源產業，特別是新能源汽車及發電技術的發展，而鋰離子二次電池作為新能源汽車和儲能電站的核心，成為各國大力研究的熱點。磷酸鐵鋰(LiFePO₄)作為鋰離子二次電池用正極活性物質與其他電池相比，具有良好的電化學性能、長壽命、結構穩定、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛等優點，是目前電池界競相研究的熱點。

新能源汽車動力電池包以及儲能電站對電池容量要求較高，單個電池無法滿足應用需求，需要多個單體電池串并聯以達到設計要求，在電芯的使用過程中隨著循環次數的增加及儲存時間、環境溫度的影響，電芯容量衰減會出現不一致，導致同一電池組內的電芯出現不一致。由于LiFePO₄材料結構非常穩定，使得LiFePO₄電池充放電平臺十分平穩，從而在使用過程中出現的不一致難以在初期被發現，發現后通常無法均衡或即使均衡也無法解決問題，而必須通過更換單體電芯來解決問題，成本較高。

目前，LiFePO₄電池均衡方法均為在電池組內設計能量均衡系統來解決，即通過均衡電路由電壓較高的電芯向電壓較低的電芯進行充電的主動均衡方式或是對電壓較高的電芯進行放電的被動均衡方式。

目前已有的均衡技術均為通過采集電芯開路電壓，根據開路電壓與剩余容量的關系，獲得開路電壓對應電芯的剩余容量，從而確定各個電芯的均衡容量，然后基于均衡容量對電池組進行主動或被動均衡處理。

專利文獻1和2中公開了磷酸鐵鋰電池的主動均衡和被動均衡的方法，正極活性物質均為磷酸鐵鋰，無任何添加。

專利文獻3中公開了一種磷酸鐵鋰-鈷酸鋰復合正極片的制備方法，該方法制備正極時先在正極集流體鋁箔上涂覆一層鈷酸鋰活性物質，然后在鈷酸鋰活性物質層上涂覆第二層的磷酸鐵鋰活性物質，這樣制備的電池僅能提高放電容量和功率性，對均衡無促進作用。

現有技術文獻

專利文獻1：CN104600387A

專利文獻2：CN104505550A

專利文獻3：CN20228433U。

發明內容

磷酸鐵鋰電池在新能源汽車和儲能電站應用過程中，經常出現不均衡情況，從而影響電池組的壽命，為保證電池組使用壽命，一般會在模組或電池包內增加均衡電路，通過主動均衡或被動均衡的方式來對電池組進行均衡，從而保證使用壽命。磷酸鐵鋰電池充放電平臺十分平穩，充滿電后電壓一般在3.4V附近，存在出現不一致時難以發現的問題。

本發明人為了解決上述問題進行了深入研究，結果發現，在磷酸鐵鋰正極復合材料制備過程中，通過溶膠凝膠法進行三元材料包覆處理，從而得到在磷酸鐵鋰表面包覆有三元材料的正極復合材料，然后制成正極片，再與負極片、隔膜、電解液等一起制作成單體電池。由于三元材料電壓相對較高，如上述方法制成的磷酸鐵鋰電池在充滿電后靜態電壓會高于正常的3.4V，可達到3.6V或更高，如果電池組內存在某個單體電壓不均衡，可以盡快發現并通過均衡電路實現單體均衡，且效果明顯。從而完成了本發明。

具體地，本發明包括以下內容。

[1] 磷酸鐵鋰正極復合材料，其特征在于，其是由三元材料包覆磷酸鐵鋰而成的正極復合材料，所述三元材料由下式(1)或式(2)表示，

LiNi_xCo_yMn_zO₂…(1)

LiNi_xCo_yAl_zO₂ …(2)

式中，0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, x+y+z=1，

所述三元材料在所述磷酸鐵鋰正極復合材料中的比例為0.01質量%～10質量%。

[2] 上述[1]所述的磷酸鐵鋰正極復合材料，其中，所述三元材料由選自硝酸鋰、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鋁、和硝酸錳中的化合物制備。

[3] 上述[1]所述的磷酸鐵鋰正極復合材料的制造方法，該方法包括以下步驟：