[發明專利]一種一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202011059939.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112038629B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 陳峰;萬寧;李鵬飛;程蒙
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/13;H01M4/04;H01M4/62;H01M4/70;H01M4/74;H01M4/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 韓蕾;周達

本發明提供了一種一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和用途。一種磷酸鐵鋰正極材料，其包括平行設置的板狀集流體與集流網，集流體與集流網之間設置陣列型銀包覆的磷酸鐵鋰料區。本發明的磷酸鐵鋰正極材料在制備時，先將集流體進行預處理，然后將鐵源、磷源、鋰源等均勻分散，置于水熱反應釜中，進行水熱反應獲得陣列型前驅體，之后再進行浸漬反應，于磷酸鐵鋰表面包覆銀金屬。雙集流體的一體式結構，使得正極的導電性大大提高，陣列型結構不僅縮短了鋰離子擴散路徑，同時提高了正極的吸液、保液能力，實現良好的倍率和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池相關技術領域，具體而言是關于一種一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和用途。

背景技術

磷酸鐵鋰(LFP)作為傳統的商業化鋰離子電池正極材料，具有原料豐富、電芯制成管控相比三元容易、安全穩定、環境友好、價格低廉等優勢，一直頗受市場的歡迎。

磷酸鐵鋰(LFP)為橄欖石結構，Pmnb空間群，其磷氧四面體(PO4)提供了結構支撐，保證了LFP正極材料在充放電過程中的結構穩定性，同時，PO4四面體在一定程度上也限制了鋰離子的運動，導致了LFP的離子擴散系數低，共頂點的FeO6八面體具有較低的電子電導率，導致LFP材料的本征電子電導率低下。

現有技術中為解決上述問題，常用的方法有納米化，包括設計特定納米結構及一次顆粒納米化，來降低鋰離子擴散路徑，以及碳包覆提高材料的導電性能。然而，盡管如此，LFP的倍率性能尤其是5C以上倍率性能提升有限，嚴重制約了該款材料的多功能應用。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種新型的磷酸鐵鋰正極材料，提高其高倍率下的儲鋰性能。

本發明的另一目的在于提供所述磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供包括所述磷酸鐵鋰正極材料的電池。

一方面，本發明提供了一種磷酸鐵鋰正極材料，其包括平行設置的板狀集流體與集流網，集流體與集流網之間設置陣列型銀包覆的磷酸鐵鋰料區。

本發明中，板狀集流體采用現有技術中的板狀集流體即可。本發明中，集流網為網狀的集流體，簡稱集流網，本發明中的集流網也是采用現有技術中的集流網即可。本發明中，集流網的孔徑、幾何形狀、尺寸以及板狀集流體的厚度、形狀均可根據設計需要進行更改，具有較高的適應性。

本發明提供的磷酸鐵鋰正極材料，是一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料。

根據本發明具體的實施方案，本發明的一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料中，板狀集流體與集流網可各自連有導電連接件。

本發明中，銀包覆的磷酸鐵鋰料陣列生長在板狀集流體與集流網之間，即，板狀集流體與集流網通過銀包覆的磷酸鐵鋰料陣列連接構成整塊的復合集流體。下文中無特殊說明外，“集流體”是指所述的板狀集流體。

根據本發明具體的實施方案，本發明的一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料中，集流體、集流網的材質可各自獨立地選自鎳、鋁和/或鉑。

根據本發明具體的實施方案，本發明的一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料，其總厚度為0.1mm-3mm。

根據本發明優選的具體實施方案，本發明的一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料中，集流體與集流網間距(陣列型銀包覆的磷酸鐵鋰料區的高度)為0.05mm-2.5mm。

本發明的磷酸鐵鋰正極材料，可直接作為鋰離子電池的正極，或是根據實際需要經裁切等常規工藝制作成鋰離子電池的正極。

另一方面，本發明還提供了上述一體式高倍率磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其包括以下步驟：