[發(fā)明專利]一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310218802.9
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN115974041A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 王壯;張樹濤;李子郯;白艷;王亞州;楊紅新
• 申請（專利權(quán)）人: 鋰白新材料科技（江蘇）有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M4/04;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王煥

本發(fā)明提供了一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、應用，涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。具體而言，包括如下步驟：將磷酸鐵、鋰源和碳源充分混合，而后依次進行濕法研磨和噴霧干燥；將干燥后的物料與鈦源充分混合后進行煅燒，煅燒后得到磷酸鐵鋰正極材料；通過測試由磷酸鐵鋰正極材料制得的極片的壓實密度及原料的質(zhì)量比，代入特定的關(guān)系式計算得到參量I，同時限定0.4＜I＜1.6。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中磷酸鐵鋰材料的導電性差、容量低、循環(huán)穩(wěn)定性差等缺陷，通過合理調(diào)控鈦摻雜量、碳包覆量以及極片壓實之間的關(guān)系來提高材料的導電性，減少顆粒之間團聚，增加材料的抗壓能力，同時保證磷酸鐵鋰材料容量正常發(fā)揮而且不影響其循環(huán)使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、應用。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰(LiFePO₄)由于安全性能好、循環(huán)壽命長、原材料來源廣泛、無環(huán)境污染等優(yōu)點，自1997年首次發(fā)現(xiàn)其可逆嵌鋰－脫鋰特性以來就一直是鋰離子電池正極材料研究開發(fā)的熱點，并被公認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子動力電池正極材料之一。目前磷酸鐵鋰已經(jīng)進入實用化階段，但磷酸鐵鋰仍然存在著一些應用問題，其中最主要的就是充放電倍率性能差；而導致其充放電倍率性能差的主要原因為鋰離子傳導速率低、材料的電子電導率低等。為提高磷酸鐵鋰的電子或離子電導率，常用的技術(shù)路線有碳包覆和體相摻雜。在磷酸鐵鋰材料的實際合成時，經(jīng)常是幾種方法同時采用，幾種機理作用共存。因而同時采用離子摻雜和碳包覆復合改性的方法是改善磷酸鐵鋰的電化學性能的有效途徑。

CN201710971049.5公開了一種摻雜鈦的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法：將鋰源化合物、磷源化合物、鐵源化合物和金屬鈦作為原料,混合均勻后在熔爐中進行高溫熔融,經(jīng)水淬成顆粒,再與碳源化合物一起,經(jīng)過研磨分散,使粒徑達到D90≤0.2μm的細度指標,再通過噴霧干燥制粉,并在600～800℃的氣氛爐中煅燒40～300分鐘,冷卻后得磷酸鐵鋰正極材料；通過采用高溫熔融法,提高了磷酸鐵鋰正極材料的均勻性；引入金屬鈦粉,高溫熔融狀態(tài)下使熔液內(nèi)的Fe³⁺還原成Fe²⁺,且使生成的Ti⁴⁺摻雜到磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)中,通過形成空位來提高磷酸鐵鋰正極材料的電子傳導率；通過研磨分散和覆碳來減小比表面積,提高磷酸鐵鋰正極材料的振實密度。然而該發(fā)明存在工藝流程復雜、危險、高能耗的缺陷，難以用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，針對現(xiàn)有技術(shù)中所提供的磷酸鐵鋰材料的導電性差、容量低、循環(huán)穩(wěn)定性差等缺陷，本發(fā)明通過合理調(diào)控鈦摻雜量、碳包覆量以及所述磷酸鐵鋰正極材料制備的正極極片壓實之間的關(guān)系來提高材料的導電性，減少顆粒之間團聚，增加材料的抗壓能力，同時保證磷酸鐵鋰材料容量正常發(fā)揮而且不影響其循環(huán)使用壽命。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法制得的磷酸鐵鋰正極材料。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種所述的磷酸鐵鋰正極材料在鋰離子電池領(lǐng)域的用途。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法包括如下步驟：將磷酸鐵、鋰源和碳源充分混合，而后依次進行濕法研磨和噴霧干燥；將干燥后的物料與鈦源充分混合后進行煅燒，煅燒后得到磷酸鐵鋰正極材料；其中，以所述磷酸鐵鋰正極材料制得的正極極片的壓實密度為I_P，以所述碳源與所述磷酸鐵的質(zhì)量比為I_C，以所述鈦源與所述磷酸鐵的質(zhì)量比I_T，通過下式計算得到參量I：I＝I_C*(100I_P)²/(8.28I_P/I_T)，所述參量I為：0.4＜I＜1.6。

優(yōu)選地，所述鋰源包括氫氧化鋰、碳酸鋰或硝酸鋰中的至少一種；