[發明專利]一種磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010044167.3
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN113130899A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 時振栓;鄧雪婷;陳海輪;羅嘉文;蔡志炬
• 申請（專利權）人: 東莞東陽光科研發有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明提供了一種磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法，通過在二次燒結前引入納米氧化鈰等氧化物導電連線連接骨架和碳包覆液，二次燒結后使磷酸鐵鋰顆粒的表面和內部均有完整的碳包覆導電網絡，形成雙層碳包覆的磷酸鐵鋰材料，電導率高、結晶度良好、振實密度高、加工性能好、放電容量較高、倍率性能優異。

技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體涉及一種納米氧化物的修飾磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法。

背景技術

磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料的一種，在充放電過程中，正極體積僅變化6.81％，正好調節碳負極脫嵌鋰而造成的體積變化，支撐內部結構，因此，磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現出了良好的循環穩定性和較長的循環壽命，但是磷酸鐵鋰也存在導電性差、鋰離子擴散率低的缺點。目前為了提高磷酸鐵鋰材料的導電性，在顆粒表面包覆導電材料成為了主要的解決方案，常用的包覆材料有無定形碳、聚并苯、碳納米管和銀，其中無定形碳材料的應用最為普遍。現階段鋰離子電池用的磷酸鐵鋰材料大部分都是做過無定形碳包覆處理的，但是不同廠家生產的碳包覆磷酸鐵鋰性能區別很大，其中主要原因就是碳包覆均勻性以及包覆層厚度的不同。

為改善磷酸鐵鋰材料的加工性能，材料多數情況下要經過粉碎處理，但粉碎樣品由于外力的作用，會破壞顆粒表面的碳包覆層，使其不完整。

目前市面上磷酸鐵鋰的10C放電倍率大部分在120mAh/g～140mAh/g，但高倍率情況下壓實密度普遍偏低，大部分在2.40g/cm³以下，限制了高倍率磷酸鐵鋰材料能量密度的提升，制約著磷酸鐵鋰電池在快充和低溫領域的應用和發展。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法，其碳包覆層完整、振實密度高、加工性能好，放電容量高、倍率性能優異、電導率高。

為了實現上述目的，本發明提供了一種磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法：

一種磷酸鐵鋰復合材料，所述復合材料包括具有第一碳包覆層的磷酸鐵鋰顆粒、第二碳包覆層以及納米氧化物導電連線；所述第二碳包覆層以及納米氧化物導電連線位于所述經第一碳包覆層包覆的磷酸鐵鋰顆粒之間，并且，所述第二碳包覆層以及納米氧化物導電連線連接磷酸鐵鋰顆粒表面的第一碳包覆層而形成具有完整碳包覆三維空間網絡導電結構。

所述納米氧化物為納米氧化釔、納米氧化鈰、納米氧化釹、納米氧化鎢中的一種或兩種以上的混合物。

所述磷酸鐵鋰復合材料中，總含碳量為1.3-1.5％，即為包覆碳占所述磷酸鐵鋰復合材料總質量的1.3-1.5％(例如1.3％、1.35％、1.4％、1.41％、1.42％、1.43％、1.45％、1.48％、1.5％，等等。)。

在一些實施方式中，所述磷酸鐵鋰復合材料中，總含碳量為1.4-1.45％，優選為1.41-1.45％，更有選為1.41-1.43％。

將具有第一碳包覆層的磷酸鐵鋰顆粒置于通有加熱氣體的流化床反應器中，采用包覆液進行霧化二次包覆處理，所述的包覆液中包括水、碳源和納米氧化物；

對經二次包覆后的磷酸鐵鋰顆粒進行燒結，得到納米氧化物修飾磷酸鐵鋰的復合材料。

包覆液中碳源和納米氧化物的固含量分別控制在被包覆物料的1-3％(例如1％、1.3％、1.5％、2％、2.5％、3％，等等。)、0.05-0.20％(例如0.05％、0.1％、0.15％、0.16％、0.18％、0.20％，等等。)。

在一些實施方式中，包覆液中納米氧化物的固含量控制在被包覆物料的0.10-0.20％。