[發明專利]一種改性磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010109633.1
• 申請日: 2020-02-22
• 公開（公告）號: CN111276698B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 吳開文
• 申請（專利權）人: 長沙而道新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種改性磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，先以硝酸鋰、磷酸二氫銨、硝酸鐵、三氧化二釔、五氧化二鉭為原料制成摻雜磷酸鐵鋰，然后將摻雜磷酸鐵鋰與石墨烯包覆納米錫粒子復合造粒制成摻雜磷酸鐵鋰復合體，最后在摻雜磷酸鐵鋰復合體表面包覆硅鋁層，得到一種改性磷酸鐵鋰正極材料，電阻率低、大大改善了充放電性能，并有較高的低溫效率。

技術領域

本發明涉及鋰電池新能源材料技術領域，特別地，涉及一種改性磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的化學電源，因其輸出電壓高、比能量高、循環壽命長、自放電小、安全、無記憶效應和環境友好等優點已成為新能源材料領域發展的熱點。對于薄膜鋰電池而言，正極材料是影響鋰離子電池性能的關鍵因素。

目前，常用的薄膜鋰離子電池正極材料包括LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等。其中，磷酸鐵鋰能夠可逆地嵌入和脫嵌鋰離子，具有原材料來源豐富、比容量高、循環壽命長、安全無毒、環境友好等特點，被認為是新能源動力電池的理想正極材料。

但是，磷酸鐵鋰電導率低，導電性差，極片在充放電過程中容易產生極化，低溫環境中，Li⁺在活性物質中遷移路徑較長，遷移速率慢，遷移過程中所受阻力較大，低溫充放電性能差；此外，電流密度增大時，Li⁺在活性物質遷移所受阻力增大，極化加劇，電池倍率性能急劇下降，使其在低溫環境中應用受到限制。

通常對磷酸鐵鋰改性的方法主要有三種：利用金屬離子對磷酸鐵鋰進行摻雜，提高材料本征電導率，降低極化，但此方法但并不能解決Li⁺遷移速率慢的問題，因此極片極化仍然嚴重；利用碳材料對磷酸鐵鋰進行包覆，增大磷酸鐵鋰顆粒之間電導率，并改善顆粒表面各相異性，降低極片極化，并保證Li⁺順利遷移，然而，目前所使用碳材料多為無定形碳，孔結構無序，孔徑分布不均，無法解決大電流密度下低溫電池倍率性能差的問題；將磷酸鐵鋰納米化，縮短Li⁺遷移路徑，但無法解決磷酸鐵鋰電導率低等根本性問題。現有的磷酸鐵鋰改性的重點工作仍舊是如何降低電阻率、改善其充放電性能和低溫效率等。

發明內容

本發明目的在于提供一種改性磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，以解決磷酸鐵鋰電阻率、充放電性能、低溫效率等不理想等技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)先將硝酸鋰、磷酸二氫銨、硝酸鐵、三氧化二釔、五氧化二鉭為原料制成摻雜磷酸鐵鋰，使得所含鋰、磷、鐵、釔、鉭的摩爾比為1：1：(1-x-y)：x：y，其中，x＝0.18～0.22：y＝0.08～0.13；

(2)然后將摻雜磷酸鐵鋰與石墨烯包覆納米錫粒子按照摩爾比1：0.2～0.3復合造粒，制成摻雜磷酸鐵鋰復合體；

(3)最后在摻雜磷酸鐵鋰復合體表面包覆0.02～0.03倍重量的硅鋁層，得到一種改性磷酸鐵鋰正極材料；

其中，步驟(3)的具體方法是：先制備含硅鋁溶膠，然后將摻雜磷酸鐵鋰加入含硅鋁溶膠中，攪拌均勻，抽濾，真空干燥4～5小時，氫氣氣氛下800～900℃處理10～12小時，自然冷卻至室溫即可。

優選的，以重量份計，所述含硅鋁溶膠的制備方法如下：先將1份鋁粉和0.6～0.8份固含量10～15％的硅酸鈉水溶液加入6～8份去離子水中，攪拌加熱至55～60℃，然后加入質量濃度25～33％的鹽酸溶液，攪拌加熱至90～95℃，保溫反應8～10小時，自然冷卻至60～70℃，過濾，即得所述的含硅鋁溶膠。