一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法、应用与流程

本发明涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、磷酸铁锂(lifepo4)由于安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等优点，自1997年首次发现其可逆嵌锂－脱锂特性以来就一直是锂离子电池正极材料研究开发的热点，并被公认为是最具发展潜力的锂离子动力电池正极材料之一。目前磷酸铁锂已经进入实用化阶段，但磷酸铁锂仍然存在着一些应用问题，其中最主要的就是充放电倍率性能差；而导致其充放电倍率性能差的主要原因为锂离子传导速率低、材料的电子电导率低等。为提高磷酸铁锂的电子或离子电导率，常用的技术路线有碳包覆和体相掺杂。在磷酸铁锂材料的实际合成时，经常是几种方法同时采用，几种机理作用共存。因而同时采用离子掺杂和碳包覆复合改性的方法是改善磷酸铁锂的电化学性能的有效途径。

2、cn201710971049.5公开了一种掺杂钛的磷酸铁锂正极材料的制备方法：将锂源化合物、磷源化合物、铁源化合物和金属钛作为原料,混合均匀后在熔炉中进行高温熔融,经水淬成颗粒,再与碳源化合物一起,经过研磨分散,使粒径达到d90≤0.2μm的细度指标,再通过喷雾干燥制粉,并在600～800℃的气氛炉中煅烧40～300分钟,冷却后得磷酸铁锂正极材料；通过采用高温熔融法,提高了磷酸铁锂正极材料的均匀性；引入金属钛粉,高温熔融状态下使熔液内的fe3+还原成fe2+,且使生成的ti4+掺杂到磷酸铁锂结构中,通过形成空位来提高磷酸铁锂正极材料的电子传导率；通过研磨分散和覆碳来减小比表面积,提高磷酸铁锂正极材料的振实密度。然而该发明存在工艺流程复杂、危险、高能耗的缺陷，难以用于工业化批量生产。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，针对现有技术中所提供的磷酸铁锂材料的导电性差、容量低、循环稳定性差等缺陷，本发明通过合理调控钛掺杂量、碳包覆量以及所述磷酸铁锂正极材料制备的正极极片压实之间的关系来提高材料的导电性，减少颗粒之间团聚，增加材料的抗压能力，同时保证磷酸铁锂材料容量正常发挥而且不影响其循环使用寿命。

2、本发明的第二目的在于提供一种所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法制得的磷酸铁锂正极材料。

3、本发明的第三目的在于提供一种所述的磷酸铁锂正极材料在锂离子电池领域的用途。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：一种磷酸铁锂正极材料的制备方法包括如下步骤：将磷酸铁、锂源和碳源充分混合，而后依次进行湿法研磨和喷雾干燥；将干燥后的物料与钛源充分混合后进行煅烧，煅烧后得到磷酸铁锂正极材料；其中，以所述磷酸铁锂正极材料制得的正极极片的压实密度为ip，以所述碳源与所述磷酸铁的质量比为ic，以所述钛源与所述磷酸铁的质量比it，通过下式计算得到参量i：i＝ic*(100ip)2/(8.28ip/it)，所述参量i为：0.4＜i＜1.6。

5、优选地，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂或硝酸锂中的至少一种；

6、优选地，所述碳源包括乳酸、葡萄糖、聚乙二醇或柠檬酸中的至少一种；

7、优选地，所述钛源包括二氧化钛。

8、优选地，所述锂源中的锂与所述磷酸铁中的铁的摩尔比为0.95～1.05；

9、优选地，所述碳源与所述磷酸铁的质量比为0.04～0.1；

10、优选地，所述钛源与所述磷酸铁的质量比为0.003～0.006；

11、优选地，所述磷酸铁的铁磷比为0.99～1.01。

12、优选地，所述磷酸铁锂正极材料制得的正极极片的压实密度ip为2.2g/cm3～2.4g/cm3。

13、优选地，进行所述湿法研磨至物料的粒度为300nm～500nm；

14、优选地，进行所述湿法研磨后、进行所述喷雾干燥前包括：调整物料的固含量为30％～50％。

15、优选地，所述喷雾干燥的喷雾压力为0.2mpa～0.3mpa，所述喷雾干燥的温度为100℃～150℃。

16、优选地，所述煅烧包括：先以2℃/min～5℃/min的速度升温至700℃～750℃，而后保温6h～10h。

17、所述磷酸铁锂正极材料的制备方法制得的磷酸铁锂正极材料；以及所述的磷酸铁锂正极材料在锂离子电池领域的用途，包括但不限于基于所述的磷酸铁锂正极材料制备所得的锂电正极、锂离子电池或用电设备。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过控制各原料的质量比及制得的正极极片的压实密度、并计算参量i在限定范围内，使所制得的磷酸铁锂正极材料具有容量高、循环保持率好等优势；同时制备工艺简单，周期短，易合成，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将磷酸铁、锂源和碳源充分混合，而后依次进行湿法研磨和喷雾干燥；将干燥后的物料与钛源充分混合后进行煅烧，煅烧后得到磷酸铁锂正极材料；

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂或硝酸锂中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源中的锂与所述磷酸铁中的铁的摩尔比为0.95～1.05；

4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料制得的正极极片的压实密度ip为2.2g/cm3～2.4g/cm3。

5.根据权利要求4所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料制得的正极极片的压实密度ip的测量方法包括：将所述磷酸铁锂正极材料与导电剂、粘接剂混合并配制得到正极浆料，将所述正极浆料涂布至集流体，经干燥、辊压、模切后得到正极极片；测量所述正极极片的面密度和厚度，计算得到所述压实密度。

6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，进行所述湿法研磨至物料的粒度为300nm～500nm；

7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的喷雾压力为0.2mpa～0.3mpa，所述喷雾干燥的温度为100℃～150℃。

8.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧包括：先以2℃/min～5℃/min的速度升温至700℃～750℃，而后保温6h～10h。

9.如权利要求1～8任一项所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法制得的磷酸铁锂正极材料。

10.如权利要求9所述的磷酸铁锂正极材料在锂离子电池领域的用途。

技术总结
本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法、应用，涉及锂离子电池技术领域。具体而言，包括如下步骤：将磷酸铁、锂源和碳源充分混合，而后依次进行湿法研磨和喷雾干燥；将干燥后的物料与钛源充分混合后进行煅烧，煅烧后得到磷酸铁锂正极材料；通过测试由磷酸铁锂正极材料制得的极片的压实密度及原料的质量比，代入特定的关系式计算得到参量I，同时限定0.4＜I＜1.6。本发明针对现有技术中磷酸铁锂材料的导电性差、容量低、循环稳定性差等缺陷，通过合理调控钛掺杂量、碳包覆量以及极片压实之间的关系来提高材料的导电性，减少颗粒之间团聚，增加材料的抗压能力，同时保证磷酸铁锂材料容量正常发挥而且不影响其循环使用寿命。

技术研发人员：王壮,张树涛,李子郯,白艳,王亚州,杨红新
受保护的技术使用者：锂白新材料科技（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11