[發明專利]磷酸鐵鋰正極活性材料及其制備方法、正極片及電池

在審

• 申請號: 202010782983.4
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN114068921A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 李二陽;徐茶清;曹文玉
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/04;H01M4/136;H01M4/62;H01M10/0525;C01B25/45
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強

本申請提供了一種磷酸鐵鋰正極活性材料，其按體積百分數統計的粒度分布頻率曲線中有三個峰，三個峰的最高點的粒度位置分別在0.05μm?0.2μm、0.2μm?1.0μm及1.0μm?10.0μm；且三個峰的積分面積占比分別為15％?32％、3％?33％及38％?70％。本申請還提供磷酸鐵鋰正極活性材料的制備方法、正極片及電池。粒度呈獨特三峰分布的磷酸鐵鋰正極活性材料能實現最密堆積，由其制得的極片的壓實密度可在2.7g/cm³以上。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種磷酸鐵鋰正極活性材料及其制備方法、正極片及電池。

背景技術

鋰離子電池的正極材料對電池的性能至關重要。目前，研究最多的正極材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄(磷酸鐵鋰)。其中，磷酸鐵鋰正極材料集中了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等材料的各自優點，它具有結構穩定性高、安全性能好、工作電壓適中、平臺特性好、理論容量大等優點，逐漸成為電池工作者競相研究的熱點。

然而磷酸鐵鋰存在一個比較明顯的缺點，由它制成的極片壓實密度低(2.1-2.3g/cm³)，直接導致了由其制備的電池的能量密度偏低，阻礙了該材料的實際應用。因此，有必要提供一種壓實密度高的磷酸鐵鋰正極活性材料。

目前，業界主要通過在合成磷酸鐵鋰的過程中提高焙燒溫度或降低碳含量來提升壓實密度，但這會造成生成的磷酸鐵鋰材料的大小顆粒的尺寸及比例不能滿足最密堆積，從而不能有效提升壓實密度。

發明內容

鑒于此，本申請第一方面提供了一種磷酸鐵鋰正極活性材料，其粒度呈獨特的三峰分布，該磷酸鐵鋰正極活性材料可以實現最密堆積，由其制得的極片具有較高的壓實密度(2.7g/cm³以上)。

第一方面，本申請提供了一種磷酸鐵鋰正極活性材料，所述磷酸鐵鋰正極活性材料的粒度分布頻率曲線中有三個峰，其中，所述粒度分布頻率曲線是按體積百分數的分布，第一峰的最高點的粒度位置在0.05μm-0.2μm之間，第二峰的最高點的粒度位置在0.2μm-1.0μm之間，第三峰的最高點的粒度位置在1.0μm-10.0μm之間，且在所述粒度分布頻率曲線中，所述第一峰的積分面積占比為15％-32％，所述第二峰的積分面積占比為3％-33％，所述第二峰的積分面積占比為38％-70％。其中，該粒度分布圖可以由馬爾文粒度儀測得。該粒度分布頻率曲線的橫坐標是粒度大小，縱坐標為體積微分或者體積頻率，表示的是每一級粉末按體積所占的體積百分含量。

換句話說，本申請的所述磷酸鐵鋰正極活性材料包括小顆粒磷酸鐵鋰、中顆粒磷酸鐵鋰和大顆粒磷酸鐵鋰，其中，所述小顆粒磷酸鐵鋰的D50粒徑在0.05μm-0.2μm的范圍，所述中顆粒磷酸鐵鋰的D50粒徑在0.2μm-1.0μm的范圍，所述大顆粒磷酸鐵鋰的D50粒徑在1.0μm-10.0μm的范圍，且所述小顆粒磷酸鐵鋰、中顆粒磷酸鐵鋰和大顆粒磷酸鐵鋰在磷酸鐵鋰正極活性材料中的質量占比分別為15％-32％、3％-33％和38％-70％。

本申請中磷酸鐵鋰正極活性材料的粒度呈獨特的三峰分布，代表該磷酸鐵鋰正極活性材料具有特定質量比及特定粒度大小的三種磷酸鐵鋰顆粒，其中，大顆粒磷酸鐵鋰之間可以形成六方密堆積，中顆粒磷酸鐵鋰填充其中的八面體間隙，小顆粒磷酸鐵鋰填充其中的四面體間隙，從而可借助大、中、小三種磷酸鐵鋰顆粒的三級填充而極大地提高由該磷酸鐵鋰正極活性材料制成的極片的壓實密度。

其中，由上述磷酸鐵鋰正極活性材料制成的極片的壓實密度在2.7g/cm³以上。