[發明專利]一種復合鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910040204.0
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109817913A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 陳偉;王海文;范進雷
• 申請（專利權）人: 江西中汽瑞華新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，包括第一顆粒和第二顆粒中的一種或兩種，其中第一顆粒包括芯部和外殼以及填充于芯部和外殼間的夾層，芯部由LiFeBO₃形成，夾層由無定形碳形成，外殼由Li₅FeO₄形成；

所述第二顆粒由若干第一顆粒燒結形成；

所述第一顆粒中芯部、夾層和外殼按重量比為100:(0.1～15):(0.5～10)。

2.根據權利要求1所述的一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，其中第一顆粒的制備過程如下：

第一步，按摩爾比Li:Fe:B＝(0.95～1.05):(0.95～1.05):(0.95～1.05)稱取鋰源、鐵源和硼源，將它們分散在液態有機碳源中；

第二步，將上述混合物球磨0.5～12h，其中為轉速100～500r/min，將所得漿料在60-120℃下烘干，將烘干后所得粉末在500～800℃的保護性氣氛中煅燒6～24h，得到LiFeBO₃/C，此時形成無定型碳層包覆LiFeBO₃結構，LiFeBO₃為中芯部，無定型碳為夾層部；

第三步，將鐵源、鋰源溶解在有機溶劑中，其中鋰源中的Li和鐵源中的Fe的摩爾比為5.0-6.5:1，然后按質量比Li₅FeO₄:LiFeBO₃/C＝(0.5～10):100將第二步所得LiFeBO₃/C粉末加入到上述有機溶液中，攪拌形成懸浮液，然后將懸浮液在保護性氣氛中噴霧干燥得到球形前驅體粉末，即為第一顆粒。

3.根據權利要求2所述的一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，第一步中有機碳源與錳源質量比為0.5～2:1。

4.根據權利要求2所述的一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，第一步中鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、乙酸鋰、硼酸鋰、偏硼酸鋰、乳酸鋰、硝酸鋰、草酸鋰、氧化鋰中的一種或幾種；鐵源為硝酸鐵、硝酸亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、檸檬酸鐵中的一種或幾種；硼源為源為硼酸、偏硼酸、硼酸鋰、偏硼酸鋰、硼酸銨和三氧化二硼中的一種或幾種；有機碳源為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚吡咯、脂肪醇聚氧乙烯醚、蔗糖、葡萄糖、檸檬酸、抗壞血酸和聚氧乙烯脂肪酸酯中的一種或幾種。

5.根據權利要求2所述的一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，第三步中有機溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、正丁醇、正乙醇、異丙醇、丙酮中的一種或幾種。

6.根據權利要求2所述的一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，第三步中噴霧干燥的進風溫度為150～250℃，出風溫度為80～150℃。

7.根據權利要求2所述的一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，保護性氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣中的一種或幾種。

8.根據權利要求1所述的一種復合鋰離子電池正極材料，其特征在于，第二顆粒的制備過程如下：將第一顆粒粉末在500～800℃的保護性氣氛中煅燒3～24h，隨爐冷卻即得多級殼層LiFeBO₃/C-Li₅FeO₄復合正極材料，即為第二顆粒。

9.一種復合鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，具體制備過程如下：

第一步，按摩爾比Li:Fe:B＝(0.95～1.05):(0.95～1.05):(0.95～1.05)稱取鋰源、鐵源和硼源，將它們分散在液態有機碳源中；

第二步，將上述混合物球磨0.5～12h，其中為轉速100～500r/min，將所得漿料在60-120℃下烘干，將烘干后所得粉末在500～800℃的保護性氣氛中煅燒6～24h，得到LiFeBO₃/C；

第三步，將鐵源、鋰源溶解在有機溶劑中，其中鋰源中的Li和鐵源中的Fe的摩爾比為5.0-6.5:1，然后按質量比Li₅FeO₄:LiFeBO₃/C＝(0.5～10):100將第二步所得LiFeBO₃/C粉末加入到上述有機溶液中，攪拌形成懸浮液，然后將懸浮液在保護性氣氛中噴霧干燥得到球形前驅體粉末；

第四步，將所得前驅體粉末在500～800℃的保護性氣氛中煅燒3～24h，隨爐冷卻即得多級殼層LiFeBO₃/C-Li₅FeO₄復合正極材料。