[發明專利]一種正極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202011379384.4
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112490427A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 阮祝華;魏成卓;苑丁丁;呂正中;譚立波
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種正極材料及其制備方法與應用，所述制備方法包括以下步驟：(1)制備氧化鋁，具體包括：(a)混合模板劑與鋁源溶液，得到前驅體溶液；(b)水熱處理步驟(a)所得前驅體溶液，固液分離后得到固體物質；(c)干燥并焙燒步驟(b)所得固體物質，得到氧化鋁；(2)氧化鋁包覆磷酸鐵鋰，具體包括：(d)混合磷酸鐵鋰、分散劑、溶劑與步驟(1)所得氧化鋁，固液分離后得到中間物質；(e)干燥并焙燒步驟(d)所得中間物質，得到正極材料。本發明提供的正極材料減小了冷壓過程對極片的不利影響，增加了電池能量密度，進一步提升了電池性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種磷酸鐵鋰正極材料，尤其涉及一種正極材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著能源危機的出現，鋰離子電池的應用領域越來越廣泛。在鋰離子電池體系中，正極材料的選用對鋰電池的性能影響顯著，因此，開發價廉高性能的新型鋰離子電池正極材料對鋰離子電池發展具有重要意義。橄欖石型結構的磷酸鐵鋰因其理論容量高，來源廣，成本低，循環性能好，被廣泛用作鋰離子電池正極材料。為了進一步提高磷酸鐵理電池的能量密度，需要通過增加正極極片上活性物質的量來提高活性物質的相對占比。隨著涂層厚度或壓實密度的增加，在冷壓過程中由于極片上活性物質受力不均勻導致最外層活性物質被壓變形，這會影響極片的物化性能從而影響電池的導電性能、倍率性能和循環性能。

為了解決厚涂層及高壓實密度電池極片遇到的問題，在實際生產中技術人員會采用分層涂布和多次冷壓減小冷壓過程對極片活性物質的影響。以上方法雖然可以從一定程度上改善電池的性能，但仍存在以下問題：分層涂布操作復雜且控制參數多，影響生產效率；多次冷壓易造成極片波浪邊影響電池性能等問題。

CN 102420324A公開了一種納米核殼結構的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，所述正極材料具有內核活性材料和導電的外殼結構，所述內核活性材料結構式為LiFe_1-xM_xP_1-yA_yO₄，其中x≥0，y≤0.1，M為過渡金屬元素，A為硅元素；所述制備方法為采用內核活性前驅物反向包裹多孔前驅物形成特殊的納米核殼結構，從而控制一次顆粒的形貌粒度。所述發明在不影響正極材料電學性能的前提下，合成形貌與粒度均勻可控的納米核殼結構活性物質，且工藝、設備、控制成本較低，利于規?；a。然而所述納米核殼結構的磷酸鐵鋰正極材料無法避免冷壓過程對極片活性物質的不利影響，仍需進一步優化。

CN 103151493A公開了一種包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極及其制備方法，所述制備方法步驟如下：將磷酸鋰粉末與有機溶劑混合，球磨成漿狀物，將漿狀物干燥得到粉末，將粉末壓制成磷酸鋰靶材前軀體，然后煅燒得到磷酸鋰靶材；以磷酸鐵鋰電極作為基片，與磷酸鋰靶材進行磁控濺射得到一種包覆磷酸鋰的磷酸鐵鋰電極。所述電極具有高的鋰離子傳導率，同時增加電極的容量；包覆的磷酸鋰具有良好的化學和電化學穩定性，能保護所述電極結構的穩定。然而所述發明采用的磁控濺射條件控制復雜，且得到的極片在多次冷壓過程中易產生波浪邊，降低了電池能量密度，從而影響電池性能。

CN 107507975A公開了一種碳包覆磷酸鐵鋰納米空心球的制備方法，通過將聚乙二醇600和去離子水混合后與磷酸、一水合氫氧化鋰混合進行反應，取得磷酸鋰前軀體；再將磷酸鋰前軀體與乙二醇、四水合氯化亞鐵混合，超聲處理30分鐘后置于高壓反應釜內密封加熱反應，取得磷酸鐵鋰納米空心球；最后用蔗糖水溶液浸漬磷酸鐵鋰納米空心球，干燥后于氮氣氛圍中煅燒，得到碳包覆磷酸鐵鋰納米空心球。所述發明以納米球形磷酸鋰為自犧牲模板，在制備過程中不存在模板去除的步驟，方法工藝簡便，可有效控制磷酸鐵鋰的微觀結構，獲得高純度的磷酸鐵鋰納米空心球。然而所述納米空心球的機械強度較低，在制備高壓實密度電池極片的過程中極易出現結構破壞，從而影響極片上活性物質的分布均勻性，不利于電池性能的提升。

由此可見，如何提供一種正極材料，減小冷壓過程對極片的不利影響，增加電池能量密度，進一步提升電池性能，成為了本領域技術人員迫切需要解決的問題。

發明內容