[發明專利]一種鋰電池正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110461010.5
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113299889A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 單升升
• 申請（專利權）人: 合肥國軒電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張夢媚

本發明公開了一種鋰電池正極材料及其制備方法和應用，該制備方法通過將所述稀土金屬離子摻雜磷酸鐵鋰?磷酸釩鋰復合物和所述磷酸釩鈉充分研磨混合至顆粒狀后，煅燒，獲得鋰電池正極材料，該鋰電池正極材料具有優異的倍率性能和循環性能，具有應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種鋰電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著新能源時代的到來，鋰離子電池迅速發展，并且隨著對能量、循環性能等方面的更高要求，從鋰離子電池的材料入手成為主要的技術手段，其中，正極材料、負極材料、隔膜和電解液作為鋰離子電池的四大關鍵材料更是研發的熱點方向。

磷酸鐵鋰(LiFePO₄)作為鋰離子電池正極材料中重要的一員，其以原材料來源豐富、良好出的穩定性和環境友好性等特點而備受關注，但是由于受其自身結構的制約，比如其存在本征電子電導率和鋰離子遷移率較低的不足，最終導致其存在大電流充放電性能差和低溫放電容量低等問題，而限制了其應用；另隨著長距離交通的發展，對快速充放電的需求越來越高，對于高倍率磷酸鐵鋰的開發并工業化以滿足對續航里程的期望成為研究的方向。磷酸釩鋰(Li₃V₂(PO₄)₃)與磷酸鐵鋰(LiFePO₄)相比，具有較高的電壓平臺。更重要的是Li₃V₂(PO₄)₃隸屬快離子導體，其具有數目更多的鋰離子(Li⁺)進行脫嵌，致使其擁有比LiFePO₄更加優異的電性能；更重要的是在低溫環境下Li₃V₂(PO₄)₃具有很好的電性能，但其成本較高，限制了其在電池材料領域進一步商業化發展。

目前提高LiFePO₄導電性能及Li⁺在其內部的擴散速率的方式主要是改性，主要有：①粒徑形貌控制，通過借助減少Li⁺擴散路徑，來提高擴散速率；②碳包覆，通過在LiFePO₄表面包覆碳層，形成導電網絡提高其導電性能；③摻雜改性，通過離子摻雜，制造晶格缺陷來改變LiFePO₄的結構，以此提升Li⁺的擴散通道。另外，也可以通過獲得LiFePO₄/Li₃V₂(PO₄)₃復合材料的方式來實現電性能的提高并合理控制成本。

中國專利ZL201810013409.5公開了一種利用氧化鈰/石墨烯復合物和稀土金屬氧化物制備LiFePO₄/Li₃V₂(PO₄)₃復合材料的方案，雖然其明顯提高了電性能，但成本較高，且鋰離子在磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰之間交換，尤其是磷酸釩鋰的嵌、脫仍然困難，其電池性能仍然較低。

發明內容

有鑒于此，本發明有必要提供一種鋰電池正極材料及其制備方法和應用，將稀土金屬離子摻雜的磷酸鐵鋰與磷酸釩鋰和磷酸釩鈉進行復合，從而顯著提高了鋰電池正極材料的電性能，尤其是倍率性能的提高。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明首先提供了一種鋰電池正極材料，包括以下步驟：

提供稀土金屬離子摻雜磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復合物；

提供磷酸釩鈉；

將所述稀土金屬離子摻雜磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復合物和所述磷酸釩鈉充分研磨混合至顆粒狀后，煅燒，獲得所述鋰電池正極材料。

本發明中三種組分之間互相協同配合，使得獲得的鋰電池正極材料具有優異的優異的電性能。