[發明專利]碳包覆磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及鋰離子電池

在審

• 申請號: 202111676904.2
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114335479A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 胡燚;陳巍;歐陽云鵬
• 申請（專利權）人: 欣旺達電動汽車電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張美月

本發明提供了一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及鋰離子電池。該碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法包括：在第一惰性氣氛下，使鋰源和亞鐵源及第一溶劑進行第一次混合，得到第一原料液；在第二惰性氣氛下，使磷源、輔助劑及第二溶劑進行第二次混合，得到第二原料液，輔助劑選自龍膽二糖和/或龍膽三糖；使第一原料液和第二原料液進行水熱合成反應，得到含碳非晶包覆層的磷酸鐵鋰；及在第三惰性氣氛下，使含碳非晶包覆層的磷酸鐵鋰進行燒結，得到碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。采用上述方法能夠大大提高正極材料中碳包覆層均勻性，從而能夠大幅提高其導電性能及能量密度。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制造領域，具體而言，涉及一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及鋰離子電池。

背景技術

三元材料具有較高的功率密度，但是其成本較高，市場推廣難度大。磷酸鐵鋰(LiFePO₄)正極材料由于其低成本、高安全性、高循環性能和較高的能量密度，成為混合動力汽車電池正極主材重要的技術方向之一。但LiFePO₄材料存在不容忽視的根本性缺陷，例如電導率較差，極大限制了其在HEV(混合電動)新能源汽車上的應用，因此需要對現有LiFePO₄材料進行改性。

為了解決以上關鍵問題，學術界和業界主要是通過優化材料合成方法、優化碳包覆和優化元素摻雜等方式來改善材料的結構和性能。合成磷酸鐵鋰的常用方法包括高溫固相法和水熱法，其中高溫固相法工藝簡單、制備條件容易控制，但存在產物粒徑不易控制、顆粒不均勻和形貌不規則等問題，而水熱法具有合成溫度低、反應時間短、產物純度高、晶粒尺寸小和物相均一等優點。目前行業內采用的包覆方法大多為干法包覆，但干法包覆很難保證包覆物分布的均勻性，而材料包覆不均勻對正極材料的電化學性能影響極大，采用濕法包覆可獲得包覆均勻的正極材料。

現有文獻提供了一種水熱法制備高壓實磷酸鐵鋰正極材料的方法，但其碳包覆是通過將碳源與磷酸鐵鋰簡單混合后再經高溫燒結來實現的，很難達到均勻的包覆效果。

鑒于上述問題的存在，有必要提供一種能夠提高正極表面碳包覆均勻性的方法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及鋰離子電池，以解決現有磷酸鐵鋰正極材料表面的碳層包覆不均勻，進而導致其導電性差和能量密度較低的問題。

為了實現上述目的，本發明一方面提供了一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，該碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法包括：在第一惰性氣氛下，使鋰源和亞鐵源及第一溶劑進行第一次混合，得到第一原料液；在第二惰性氣氛下，使磷源、輔助劑及第二溶劑進行第二次混合，得到第二原料液，輔助劑選自龍膽二糖和/或龍膽三糖；使第一原料液和第二原料液進行水熱合成反應，得到含碳非晶包覆層的磷酸鐵鋰；及在第三惰性氣氛下，使含碳非晶包覆層的磷酸鐵鋰進行燒結，得到碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。

進一步地，鋰源中的鋰離子、亞鐵源中的亞鐵離子、磷源中的磷元素以及輔助劑的物質的量之比為(1～3):1:1:(0.001～0.03)。

進一步地，水熱合成反應的溫度為100～240℃，反應時間為1～10h。

進一步地，燒結過程的燒結溫度為550～850℃，優選為650～750℃；燒結過程的燒結時間為3～14h，優選為5～8h。

進一步地，第一次混合過程包括：將鋰源與部分第一溶劑混合，得到鋰源溶液；將亞鐵源與剩余的第一溶劑混合，得到亞鐵鹽溶液；將鋰源溶液與亞鐵鹽溶液混合，得到第一原料液；優選地，第一次混合過程還包括：采用pH調節劑將鋰源溶液及亞鐵鹽溶液調至pH≤5.85，然后制備第一原料液。

進一步地，第一溶劑和第二溶劑分別獨立地選自醇類溶劑和水的混合物，其中醇類溶劑選自乙醇、乙二醇、丙三醇和正丙醇組成的組中的一種或多種；優選地，醇類溶劑和水的體積比為1:10～3:1。