[發明專利]一種改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111477587.1
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114156459A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 彭小琦
• 申請（專利權）人: 湖南時代安能新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 寧岡

本發明公開了一種改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，合成一種LiFePO₄?mAl₂O₃@LiAlO₂@nC正極材料，其中，m、n為摩爾數，0m≤0.05，0n≤0.05，Al₂O₃為活性金屬氧化物，LiAlO₂為快離子導體，C為導電納米碳材料。LiFePO₄正極材料表面有均勻的包覆層，總厚度約為2.5~10nm，磷酸鐵鋰形成的二次顆粒粒徑均一。實驗制備方法為：(1)在保護氣氛下對磷酸鐵鋰基體進行兩次升溫燒結，得到所述磷酸鐵鋰正極材料；（2）將Al₂O₃@LiAlO₂包覆在正極材料表面；（3）將導電納米碳材料包覆在上述材料上得到最終產物。本發明提高磷酸鐵鋰正極材料的導電性能、降低其離子傳輸阻抗，提高了材料的倍率性能，本發明方法制備流程簡單，成本低，環境污染少，適用于工業化生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料領域，具體涉及一種改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其比容量高、循環壽命長、相對環保等優點，在便攜式電子器件領域被廣泛應用為電源。無論是在儲能系統還是動力電動汽車，LiFePO₄ (LFP)作為一種典型的代表性正極材料，由于其結構穩定性好、安全性高、經濟可行等優點，在電動汽車或儲能站中得到了廣泛的應用。

LiFePO₄電池材料中磷酸根具有四面體的結構，該結構限制了電子在晶體中的傳導和鋰離子的擴散過程，導致磷酸鹽化合物存在電導率偏低的普遍現象。LiFePO₄電池電極離子傳導率僅為(10^-9-10^-7S/cm)，大電流下循環性能較差，很難應用于快充領域。

目前單一的改性方法并不能有效的解決電導率較差的問題，表面多層包覆是有效改善磷酸鐵鋰電導率有效方法。因此，針對現有技術不足，實現正極材料倍率性能和循環性能同時提升，提供一種改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法特別重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的缺陷，提供一種改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法。本發明雙包覆層具有各自的優點與性能，同時提高材料的機械強度和離子導電率；本發明正極材料組裝的電池循環穩定性優異；本發明方法制備流程簡單，成本低，環境污染少，適用于工業化生產。

本發明的上述目的之一通過如下技術手段實現：

一種改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，合成一種LiFePO₄ ? mAl₂O₃@LiAlO₂@nC正極材料，其中，m、n為摩爾數，0m≤0.05，0n≤0.05，Al₂O₃為活性金屬氧化物，LiAlO₂為快離子導體，C為導電納米碳材料，LiFePO₄正極材料表面有均勻的包覆層，總厚度約為2.5~10nm，磷酸鐵鋰形成的二次顆粒粒徑均一。

本發明進一步解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，通過如下步驟制備而成：

以摩爾比計，其先將鐵源、磷源、鋰源混合，摩爾比Li：Fe：P＝1：1：1，然后以乙醇或水為球磨介質，進行球磨混合，合成磷酸鐵鋰材料前驅體，升溫煅燒，先在200～500℃煅燒5～10h，然后在400～650℃煅燒4～8h，煅燒完成后冷卻至室溫，即得磷酸鐵鋰電池正極材料。