[發明專利]一種復合正極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210306398.6
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114665076A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 李詠軍;趙璐涵;趙平;石忠洋;溫圣耀;劉范芬;張偉康;苑丁丁;呂正中
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

本發明提供了一種復合正極材料及其制備方法與應用，所述復合正極材料包括LMFP和LFP；所述LMFP的一次顆粒粒徑范圍選自20?200nm；所述LFP的一次顆粒粒徑范圍選自200?350nm，150?500nm，100?1000nm或350?1000nm中至少兩個范圍的組合；所述LFP的一次顆粒粒徑大于LMFP的一次顆粒粒徑。本發明小顆粒的LMFP間隙中均勻填充大顆粒的LFP材料，提升了材料的壓實密度，并且LFP采用不同種粒徑類型的材料，能夠實現均勻填充，進一步提升了材料的壓實密度，提高了電池的能量密度、循環性能及安全性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種正極材料，尤其涉及一種復合正極材料及其制備方法與應用。

背景技術

作為汽車動力來源，鋰離子電池相比于傳統化石燃料最大的短板就是其較低的能量密度，導致了新能源汽車市場上的“里程焦慮”，因此對于新能源乘用車而言，能量密度是其對鋰離子動力電池的關鍵指標。為了追求單體電芯更高的能量密度，新能源乘用車首要采用能量密度更高的三元(NCM)鋰離子電池，但近年來新能源汽車安全性問題凸顯，磷酸鐵鋰(LFP)電池也作為新能源汽車的選擇。

LFP材料理論克容量為170mAh/g，工作電壓平臺為3.22V，目前商業化LFP材料克容量能達到160mAh/g，已經接近理論極限，因此提升LFP電池能量密度的方向主要為提高材料的壓實密度。但是，當前使用LFP材料的最高壓實密度均低于2.65g/cm³，使單體電芯能量密度難以突破190Wh/kg。三元材料相比LFP具有更高能量密度，其主要一個原因是其具有更高的工作電壓3.8V，因此，提高材料的工作電壓能有效地提高LFP電池的能量密度。

磷酸錳鐵鋰(LMFP)材料理論克容量與LFP相同，但他相對于Li⁺/Li的電極電勢為4.1V，在相同的容量下，LMFP比LFP能量密度高15％，電芯能量密度能夠突破200Wh/kg，另外，磷酸錳鐵鋰不含貴金屬元素，原料成本低，環境友好，相比三元材料優勢明顯，是作為高能量密度電池的一種技術方向。

CN 104779377A公開了一種改善三元電池安全性能的方法，包括如下步驟，1)將常見的正極材料與三元正極材料以及磷酸鐵鋰或磷酸錳鐵鋰混合，得到正極材料；2)將正極材料按照常規的鋰離子電池正極極片制造工藝制備成三元電池的正極；3)將石墨和鈦酸鋰材料混合后按照常規的鋰離子電池負極極片制造工藝制備成三元電池的負極；4)按常規的鋰離子電池組裝工藝、化成工藝制備成三元電池；其公開的正極材料對于LMFP材料的應用作為改善NCM電池安全性能的一種添加劑，即，在NCM材料中摻混LMFP材料進行使用，本質上正極活性物質還是以NCM材料為主，忽視了LMFP作為一種正極活性材料的潛力。

基于以上研究，需要提供一種復合正極材料，所述復合正極材料包括LMFP，相比于常規的LFP正極材料，其具有更高的放電平臺電壓，極大的提升了電池的能量密度；相比于常規的NCM正極材料，其具有更好的安全穩定性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合正極材料及其制備方法與應用，所述復合正極材料采用LMFP與多種粒徑范圍內的LFP材料搭配，做到工作電壓可調控，從而提升電池的能量密度及安全性能。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種復合正極材料，所述復合正極材料包括LMFP和LFP；

所述LMFP的一次顆粒粒徑范圍選自20-200nm；

所述LFP的一次顆粒粒徑范圍選自200-350nm，150-500nm，100-1000nm或350-1000nm中至少兩個范圍的組合；

所述LFP的一次顆粒粒徑大于LMFP的一次顆粒粒徑。