[發(fā)明專利]磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法、正極極片、鋰離子電池、電池模塊、電池包和用電裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210299303.2
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN115832236A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹子伊;凌洋芳
• 申請（專利權(quán)）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/04;H01M4/136;H01M10/0525;H01M50/258
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 舒穎琦;鐘守期

一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，所述磷酸鐵鋰正極材料包括磷酸鐵鋰基體和包覆層，所述包覆層選自氧化硼、氧化硅和氧化鋁中的一種，所述包覆層與磷酸鐵鋰基體的質(zhì)量比為0.01?1.18:100，優(yōu)選為0.05?0.87:100。本申請還提供了包括該磷酸鐵鋰正極材料的正極極片、鋰離子電池、電池模塊、電池包和用電裝置。本申請的磷酸鐵鋰正極材料具有改善的表面pH和提高的壓實密度，磷酸鐵鋰正極材料的加工性能得到改善，材料的吸潮性降低，調(diào)漿時不易發(fā)生凝膠風(fēng)險，漿料穩(wěn)定性和分散性得到改善，使得由其制備的鋰離子電池在能量密度、循環(huán)性能方面獲得提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及鋰電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，以及包含該磷酸鐵鋰正極材料的正極極片、鋰離子電池、電池模塊、電池包和用電裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著鋰離子電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。由于鋰離子電池取得了極大的發(fā)展，因此對其能量密度、循環(huán)性能和安全性能等也提出了更高的要求。

磷酸鐵鋰作為一種鋰離子電池正極材料具有理論容量高，充放電壓穩(wěn)定并且來源及其廣泛，具備大規(guī)模應(yīng)用的條件。然而，磷酸鐵鋰材料制備過程中殘余的鋰源，如LiOH、Li₂CO₃或者LiHCO₃，會使得材料表面偏堿性(pH大約在9-10)，進(jìn)而使磷酸鐵鋰具有更強(qiáng)的吸潮性，制備的極片含水量不易控制，最終難以烘干除去的雜質(zhì)水在電池使用過程中會加速副反應(yīng)的發(fā)生，電池使用壽命大大降低。此外，正極的調(diào)漿過程中，磷酸鐵鋰材料表面的殘堿會誘發(fā)粘結(jié)劑發(fā)生消去反應(yīng)，進(jìn)而分子間交聯(lián)，導(dǎo)致正極漿料粘度增大甚至化學(xué)凝膠。因此，需要采取一定策略來降低磷酸鐵鋰材料表面的堿性，提升其加工性能與材料穩(wěn)定性，從而提高磷酸鐵鋰體系鋰離子電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本申請是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的在于，提供一種具有降低的表面pH和提高的壓實密度的磷酸鐵鋰正極材料，以相對于現(xiàn)有的磷酸鐵鋰正極材料而言在能量密度、電池循環(huán)性能方面獲得提升，并提供磷酸鐵鋰正極材料的制備方法以及包含本申請磷酸鐵鋰正極材料的正極極片、鋰離子電池、電池模塊、電池包和用電裝置。

為了達(dá)到上述目的，本申請的第一方面提供了一種磷酸鐵鋰正極材料，包括磷酸鐵鋰基體和包覆層，所述包覆層選自氧化硼、氧化硅和氧化鋁中的一種，所述包覆層與磷酸鐵鋰基體的質(zhì)量比為0.01-1.18: 100，優(yōu)選為0.05-0.87:100。

由此，本申請的磷酸鐵鋰正極材料中的包覆層能夠結(jié)合磷酸鐵鋰基體表面上的殘堿，降低材料表面pH，從而提升磷酸鐵鋰正極材料的加工性能，降低材料的吸潮性，降低漿料化學(xué)凝膠風(fēng)險，提高漿料穩(wěn)定性和分散性，使得由其制備的鋰離子電池獲得了顯著改善的循環(huán)性能。

在任意實施方式中，所述磷酸鐵鋰正極材料的中值粒徑為 2.1-2.5μm。

由此，本申請的磷酸鐵鋰正極材料具有較大的中值粒徑，提高了磷酸鐵鋰正極材料的壓實密度，獲得了改善的克容量，從而使得由其制備的鋰離子電池的能量密度提升。

本申請的第二方面提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(S1)將包覆層的前驅(qū)物分散在水中，隨后加入磷酸鐵、鋰源、碳源以及適量水，繼續(xù)分散，經(jīng)干燥，得到混合均勻的粉體，其中包覆層的前驅(qū)物選自四甲基銨硅酸鹽、硼酸、氯化鋁中的一種，包覆層的前驅(qū)物與磷酸鐵的質(zhì)量比為0.02-1.2:100，優(yōu)選為0.1-0.9:100；

(S2)將步驟(S1)得到的混合均勻的粉體進(jìn)行兩段式燒結(jié)以獲得磷酸鐵鋰正極材料：

(S2-A)在惰性氣氛的吹掃下，以升溫速率為1-5℃/min進(jìn)行升溫，在溫度為180-250℃下燒結(jié)1-5h；