一种共掺杂磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种共掺杂磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、二十一世纪以来，科技的飞速发展，使得人类对能源的需求日益增加。而传统的化石燃料如煤、石油、天然气等的使用会造成能源枯竭，带来温室效应、酸雨、臭氧层破坏等严重的环境问题,严重影响到人类的生存和发展。因此，开发环保、可持续发展的新型能源至关重要。锂离子电池因电压高、比容量大、无记忆效应、自放电率低等优点从众多电池中脱颖而出，成为最具潜力的二次电池。

2、磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，具有比容量高、循环寿命长、热稳定性高、环境友好、低成本等优点。但其电导率较差，随着充放电倍率的增大，电池的容量损失显著从而会显著降低其能量密度。这又严重制约了磷酸铁锂正极材料的应用。近年来，随着电动汽车行业的蓬勃发展，对电池快速充放电能力的需求日益迫切，提高磷酸铁锂正极材料的倍率性能，已然成为磷酸铁锂正极材料研究热点之一。

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共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，用以解决现有技术中磷酸铁锂正极材料存在的电子导电性和材料倍率性能较差的问题，工艺方法简单易行，适用于批量化生产与应用。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

2、一种共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源、钒源、碳源、添加剂、表面活性剂和溶剂充分混合，经固相法得到共掺杂磷酸铁锂正极材料；

3、其中，所述铁源包括第一磷酸铁和第二磷酸铁；所述第一磷酸铁的比表面积为9.1m2/g～27m2/g，所述第二磷酸铁的比表面积为4m2/g～9m2/g。

4、本发明的第二目的在于提供一种共掺杂磷酸铁锂正极材料，通过所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法制备所得，具有比容量高、结构稳定性强、极化率低、电子电导率高、活性高等优势，且具有良好的导电性和材料倍率性能。

5、本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池，其正极包括有所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料，并具有所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料所具有的电性能优势特征。

6、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

7、(1)本发明通过控制烧结温度和时间得到不同比表面积的磷酸铁并用于磷酸铁锂材料的制备，在磷酸铁锂晶体颗粒生长过程中，不同分级的比表面积的磷酸铁原料存在不同的生长状况，从而形成不同颗粒级配的磷酸铁锂材料，保证了磷酸铁锂正极材料具有更高的压实密度，进而实现单位体积内容纳更多的磷酸铁锂活性物质，有助于提高磷酸铁锂正极的电性能。

8、(2)本发明通过原位掺杂钒的方式实现高倍率磷酸铁锂正极材料的制备，钒原子掺杂会在不破坏磷酸铁锂原有晶体结构的基础之上，形成更多的晶格缺陷，增大晶格间距，提升锂离子的传递效率及磷酸铁锂的电化学性能；此外，磷酸铁锂掺钒后可以抑制充放电过程中磷酸铁锂和磷酸铁的延迟相变，从而有提高电池的容量和延长循环寿命。

9、(3)本发明通过采用氢氧化铝、氧化锆、二氧化钛等添加剂在磷酸铁锂中进行晶间掺杂，一定程度上抑制晶体长大，减小锂离子的扩散距离，同时提高磷酸铁锂的电化学性能；通过添加剂和钒掺杂的使用，二者分别通过晶间和晶格两种掺杂方式共同提升磷酸铁锂的倍率性能。

技术特征：

1.一种共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源、钒源、碳源、添加剂、表面活性剂和溶剂充分混合，经固相法得到共掺杂磷酸铁锂正极材料；

2.根据权利要求1所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含以下特征(a)至(g)中的至少一种：

4.根据权利要求1所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁源是以二水磷酸铁闪蒸料为原料经过烧结得到；

5.根据权利要求1所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述第一磷酸铁和所述第二磷酸铁的质量比为4：1～1：4；

6.根据权利要求1所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述固相法包括依次进行的研磨、干燥和烧结；其中，所述固相法的烧结温度为700℃～800℃，所述固相法中烧结的保温时间为9h～12h；

7.根据权利要求2所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，进行所述砂磨后，所述第一浆料的颗粒粒径为200nm～400nm，所述第二浆料的颗粒粒径为400nm～600nm。

8.根据权利要求2所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的条件包括进风口温度为250℃～260℃，出风口温度为90℃～100℃，雾化器频率为340hz～360hz。

9.磷酸铁锂正极材料，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的共掺杂磷酸铁锂正极材料的制备方法制备所得。

10.锂离子电池，其特征在于，包括有权利要求9所述的磷酸铁锂正极材料。

技术总结
本发明提供了一种共掺杂磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用，涉及锂离子电池技术领域。具体而言：所述制备方法包括如下步骤：将铁源、磷源、锂源、钒源、碳源、添加剂、表面活性剂和溶剂充分混合，经固相法得到共掺杂磷酸铁锂正极材料；其中，所述铁源包括第一磷酸铁和第二磷酸铁；所述第一磷酸铁的比表面积为9.1m<supgt;2</supgt;/g～27m<supgt;2</supgt;/g，所述第二磷酸铁的比表面积为4m<supgt;2</supgt;/g～9m<supgt;2</supgt;/g。本发明工艺简单易行，适合于批量化生产并得到比容量高、结构稳定性强、极化率低、电子电导率高、活性高、倍率性能强的磷酸铁锂正极材料，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：吴彭森,闫明,葛佳佳,豆君,杨怡,霍倩倩,于明明,程丹辉,尹盛玉
受保护的技术使用者：河南龙佰新能源材料技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14