[發明專利]改性磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202310596439.4
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116404155A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 徐昌;王義飛;申永寬;莊華杰
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 白雪

本發明提供了改性磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及應用。改性磷酸鐵鋰正極材料包括磷酸鐵鋰摻雜料和包覆在其表面的磷酸二氫鋁；其中，磷酸鐵鋰摻雜料為摻雜鑭和氟的磷酸鐵鋰材料，化學通式為Lisubgt;1?a+b/subgt;Fesubgt;1?a/subgt;POsubgt;4/subgt;Lasubgt;a/subgt;Fsubgt;b/subgt;，其中0.0004≤≤a≤0.03，0.0004≤b≤0.03。本發明通過摻雜和包覆雙改性的協同作用，能夠使得改性磷酸鐵鋰正極活性材料電化學性能一致性好，表面的殘留鋰量降低，表面副反應得到抑制，具有顯著提高的電子導電率和鋰離子擴散速率，同時具有顯著提高的振實密度和耐低溫性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體而言，涉及一種改性磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及應用。

背景技術

隨著社會經濟、現代科學技術和信息產業化的飛速發展，越來越多的新電子產品在不同領域中得到廣泛應用，環境友好的電池及其相關產業在高科技產業鏈中發揮越來越重要的作用。磷酸鐵鋰材料具有安全性能好、重量輕、儲能大、壽命長、循環性能優異、環境友好、原料來源廣泛等特點，被公認為新一代鋰離子電池最重要的正極材料之一，在動力電源、電動工具、燈具、表計、通訊、汽車電子和部分國防工業領域廣泛應用。受電動工具、電動代步車、混合動力汽車的市場拉動，高能磷酸鐵鋰電池產業正在快速增長。

具有橄欖石型結構的磷酸鐵鋰(LiFePO₄)由于具有工作電壓平穩(3.4V)、比容量較高(170mAh/g)、放電功率大、可快速充電且循環壽命長、無記憶效應、在高溫與高熱環境下穩定性好等優點，一直在鋰電子電池正極材料中占據很大分量。雖然LiFePO₄優點非常明顯，但同時也有嚴重的缺點，如：電子導電率和鋰離子擴散速率較低、振實密度較低、耐低溫性能較差等，這在一定程度上影響了LiFePO₄的市場化應用。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種改性磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及應用，以解決現有技術中磷酸鐵鋰材料電子導電率和鋰離子擴散速率較低、振實密度較低、耐低溫性能較差中至少一個的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種改性磷酸鐵鋰正極材料，包括磷酸鐵鋰摻雜料和包覆在其表面的磷酸二氫鋁；其中，磷酸鐵鋰摻雜料為摻雜鑭和氟的磷酸鐵鋰材料，化學通式為Li_1-a+bFe_1-aPO₄La_aF_b，其中0.0004≤≤a≤0.03，0.0004≤b≤0.03。

進一步地，0.0004≤a≤0.0025，0.0004≤b≤0.0025；和/或改性磷酸鐵鋰正極材料的振實密度≥1.25g/cm³。

根據本發明的另一方面，提供了本發明上述的改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟S1，將鋰源、鐵源、磷源、鑭源、氟源、碳源與水混合，依次進行第一研磨和干燥，得到混合物料A；步驟S2，將混合物料A進行第一燒結，得到磷酸鐵鋰摻雜料；步驟S3，將磷酸鐵鋰摻雜料與磷酸二氫鋁前驅體混合，然后進行第二研磨，得到混合物料B；步驟S4，將混合物料B進行第二燒結，得到改性磷酸鐵鋰正極材料。

進一步地，磷酸鐵鋰摻雜料與磷酸二氫鋁前驅體的重量比為100:(0.35～6.5)；優選地，磷酸二氫鋁前驅體包括磷酸鋁和磷酸氫二氨；更優選地，磷酸鋁和磷酸氫二氨的重量比為(0.0005～0.005):(0.003～0.06)。

進一步地，步驟S1中，鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰和醋酸鋰的一種或多種；和/或鐵源為磷酸鐵；和/或磷源為磷酸鐵；和/或鑭源為氧化鑭、乙酸鑭和碳酸鑭的一種或多種；和/或氟源為氟化鋰、氟化鈉和氟化鉀的一種或多種；和/或碳源為葡萄糖、蔗糖、淀粉、環糊精和檸檬酸的一種或多種。