[發(fā)明專利]多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池和涉電設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210100586.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114426265A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳濤;王躍林;龍志林;練平;楊志誠(chéng);余鋒磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南裕能新能源電池材料股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B25/45
• 分類(lèi)號(hào): C01B25/45;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王闖

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池和涉電設(shè)備。多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括：將包括鋰源、磷源、水和多種粒徑的鐵源在內(nèi)的原料混合，第一球磨得到第一固液混合物；將所述第一固液混合物進(jìn)行砂磨得到第二固液混合物；將所述第二固液混合物和碳源混合，進(jìn)行水熱反應(yīng)得到第三固液混合物；將所述第三固液混合物干燥得到正極材料前驅(qū)體，然后在還原性氣氛中煅燒得到所述多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料。鋰離子電池，其原料包括所述的多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料。涉電設(shè)備，包括所述的鋰離子電池。本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒ǎに嚭?jiǎn)單、適用于工業(yè)化生產(chǎn)，所得磷酸鐵鋰正極材料壓實(shí)密度高，電化學(xué)性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池和涉電設(shè)備。

背景技術(shù)

近年來(lái)，作為清潔能源主要構(gòu)成的鋰離子電池，其應(yīng)用領(lǐng)域已拓寬到社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域。其中，相比于近趨成熟的鋰離子電池負(fù)極材料，發(fā)展相對(duì)較緩的正極材料直接制約著鋰離子電池的研究與應(yīng)用。

在鋰離子電池中，正極材料中已市場(chǎng)化的產(chǎn)品有錳酸鋰、鈷酸鋰、三元材料，磷酸錳鐵鋰和磷酸鐵鋰等。錳酸鋰結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易從層狀結(jié)構(gòu)分解為尖晶石結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致循環(huán)壽命短；鈷酸鋰由于其成本高昂只適合用于手機(jī)電池市場(chǎng)；三元正極材料存在安全性過(guò)低，易燃易爆炸的缺點(diǎn)。而磷酸鐵鋰作為新一代鋰離子電池正極材料，因其價(jià)格低廉，理論容量較高(約170mAh/g)，工作電壓平穩(wěn)，無(wú)毒環(huán)保，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性好、熱穩(wěn)定性好和超長(zhǎng)的循環(huán)壽命而成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。就目前研發(fā)的產(chǎn)品看來(lái)，磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料使用時(shí)，還存在本征電導(dǎo)率低、低溫性能差、壓實(shí)密度低等缺點(diǎn)，雖然通過(guò)碳包覆和離子摻雜技術(shù)，在一定程度上改善了磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能問(wèn)題，但仍然存在低溫放電比容量低、壓實(shí)密度不足的情況。

自磷酸鐵鋰產(chǎn)品被開(kāi)發(fā)用于鋰電池正極材料以來(lái)，磷酸鐵鋰制備方法不斷改進(jìn)，目前主流磷酸鐵鋰制備工藝包括草酸亞鐵工藝、鐵紅工藝和磷酸鐵工藝。其中草酸亞鐵工藝中草酸根酸性較強(qiáng)，對(duì)設(shè)備或溶劑要求偏高；鐵紅工藝制備的磷酸鐵鋰性能較差，且產(chǎn)品均一性較低。采用磷酸鐵為前驅(qū)體制備的磷酸鐵鋰在動(dòng)力電池應(yīng)用中初露頭角，但其相對(duì)較高的加工成本，以及在低溫性能上的劣勢(shì)也實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)地越發(fā)凸顯，而如何兼顧成本、低溫和高壓實(shí)也就成了行業(yè)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于提供一種多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池和涉電設(shè)備，以解決上述問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案：

一種多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括：

將包括鋰源、磷源、水和多種粒徑的鐵源在內(nèi)的原料混合，第一球磨得到第一固液混合物；將所述第一固液混合物進(jìn)行砂磨得到第二固液混合物；將所述第二固液混合物和碳源混合，進(jìn)行水熱反應(yīng)得到第三固液混合物；

將所述第三固液混合物干燥得到正極材料前驅(qū)體，然后在還原性氣氛中煅燒得到所述多元結(jié)晶型磷酸鐵鋰正極材料。

優(yōu)選地，所述鋰源為磷酸二氫鋰、磷酸一氫鋰、硝酸鋰、碳酸鋰、磷酸鋰、氫氧化鋰中的任意兩種的混合物；

優(yōu)選地，所述磷源包括磷酸二氫氨、磷酸氨、磷酸鋰、磷酸中的一種或多種；

優(yōu)選地，所述鐵源包括磷酸鐵、氧化鐵、草酸亞鐵、鐵粉、硝酸鐵中的任意兩種的混合物；

優(yōu)選地，所述鐵源中，小顆粒材料與大顆粒材料的摩爾比為(1-5)：(1-10)；

優(yōu)選地，所述鋰源中的鋰與所述鐵源中的鐵的摩爾比為(1.0-1.1)：(0.95-1.1)。

優(yōu)選地，所述鐵源包括小粒徑混合物和大粒徑混合物；