[發明專利]一種高壓實密度磷酸鐵鋰正極材料及正極極片

有效

• 申請號: 201710862960.2
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN108878797B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王慶軍;傅強;張玉鵬;樊長秋
• 申請（專利權）人: 久兆新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 邱應鳳

本發明涉及一種高壓實密度磷酸鐵鋰正極材料及正極極片，將磷酸鐵鋰加工成納米顆粒分散液，然后加入包覆劑和導電納米碳材料，混合后漿料干燥后制備而得磷酸鐵鋰二次顆粒。本發明的正極極片，由磷酸鐵鋰納米顆粒形成的涂敷于極片表面。該材料中的磷酸鐵鋰顆粒由導電碳層，碳納米管，和炭黑顆粒形成的導電網絡包裹。磷酸鐵鋰形成的二次顆粒粒徑均一，提高了極片空間的填充效率，極片壓實密度2.35g/cm³。

技術領域

本發明涉及一種復合磷酸鐵鋰材料和相關正極極片，屬于鋰電池技術領域。

背景技術

近年來，鋰離子電池由于工作電壓高、能量密度大、無記憶效應、循環壽命長、污染等特點，已經廣泛應用于電動汽車、儲能、和特種電池中。磷酸鐵鋰材料具有對環境友好，循環壽命長，成本低等優勢，在電動汽車和電動大巴中得到了廣泛的應用。由于磷酸鐵鋰材料的本征導電性低，生產制備時需要將顆粒粒徑控制在100納米以下并采用碳材料在表面形成納米層包覆來提高材料的導電性能。

磷酸鐵鋰材料的納米化處理可以改善導電性差的局限，但由于在納米尺度的包覆均勻性難于控制。磷酸鐵鋰在充放電時在局域范圍內電壓分布不均勻，不同區域的磷酸鐵鋰充放電狀態達不到一致，導致循環壽命縮短。同時，磷酸鐵鋰材料納米化后，納米顆粒的堆積效率下降，顆粒間空間增加，導致極片上電極層的壓實密度低(2.2g/cm³)。

申請號200910220007.3的專利申請公布“磷酸鐵鋰與碳納米管復合正極材料的制備方法，在制備磷酸鐵鋰前驅體液中摻雜碳納米管材料，然后水浴蒸干溶劑后燒結獲得磷酸鐵鋰/碳納米管復合材料。

申請號201410028925.7的專利申請公布“一種磷酸鐵鋰與碳納米管復合材料的制備方法，在碳納米管材料分散液中添加鋰源，鐵源，磷酸鹽、和碳源形成一定稠度漿料，球磨后進行冷凍干燥，然后燒結獲得磷酸鐵鋰/碳納米管復合材料。

上述專利申請均為在磷酸鐵鋰前體和碳納米管進行復合。最終材料的形成需要經過干燥、燒結和二次粉碎。因此，磷酸鐵鋰產品的粒徑分布缺乏工藝控制，磷酸鐵鋰正極材料在極片上空間填充效率低，磷酸鐵鋰極片壓實密度低，導致磷酸鐵鋰電池能量密度低。

發明內容：

本發明的目的是提供一種高壓實密度磷酸鐵鋰正極材料，具有優良的倍率和容量性能，并可以提供高壓實密度。

為了實現以上目的，本發明的技術方案是：

一種高壓實密度磷酸鐵鋰正極材料，將磷酸鐵鋰加工成納米顆粒分散液，然后加入包覆劑和導電納米碳材料，混合后漿料干燥后制備而得磷酸鐵鋰二次顆粒。

本發明針對磷酸鐵鋰材料顆粒需要納米化和碳包覆的局限，對磷酸鐵鋰納米顆粒進行分散組合形成粒徑可控的二次微米顆粒，使用包覆劑對顆粒粒徑進行控制，并在微米顆粒中引入碳納米管材料，提高納米顆粒之間的結合力，從而提高磷酸鐵鋰材料的壓實密度。

區別于以上磷酸鐵鋰復合材料制備方法，本發明提出的方案不需要經過高溫處理和二次燒結，在常溫條件下實現對磷酸鐵鋰材料的粒徑優化和壓實密度提高，工藝過程綠色環保，具有巨大的應用潛力。

本發明實現的復合磷酸鐵鋰材料，通過對將磷酸鐵鋰材料在高速分散下和表面包覆劑相互作用形成均勻納米分散顆粒。通過調整包覆劑的添加量，調整納米顆粒團聚形成二次顆粒的粒徑分布。

在二次顆粒形成中同時引入碳納米管，提高二次顆粒的電子導通能力和穩定性。經過二次顆粒優化后的磷酸鐵鋰正極材料保持循環和容量性能，同時提高極片的壓實密度可達2.35g/cm³以上，使磷酸鐵鋰電池具有更高的能量密度。

優選的是：磷酸鐵鋰的質量分數為98.94-99.485％，導電納米碳材料包括0.01-0.05％的碳納米管，0.5-1.0％的導電炭黑。