一种磷酸铁锂正极材料的制备方法及其应用与流程

本发明涉及电池，更具体地，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，以及该磷酸铁锂正极材料及锂离子电池。

背景技术：

1、作为当前综合性能最优异的二次电池代表，锂离子电池的商业化最早可以追溯至20世纪90年代，经过多年的研究，磷酸铁锂正极材料成为目前锂离子电池领域中性能较好的一种技术路线。

2、磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，具有高电压、高比容量、长循环寿命、体积小、成本低等优点成为了电动汽车用电池的有力竞争者。但是传统的磷酸铁锂材料由于压实密度低，导致了电池能量密度偏低，使得电池里程续航较短，限制其在动力电池领域的应用。

3、因此，有必要提供一种具有高压实密度磷酸铁锂正极材料及其制备方法，扩大其在动力电池领域的发展具有里程碑意义。常规的磷酸铁锂及其前驱体的制备方法包括高温固相法、溶胶凝胶法和共沉淀法等，采用常规单一的制备方法，制得的前驱体或磷酸铁锂正极材料压实密度较低，导致应用于正极材料及相应的电池的电化学比容量较低，不能满足高性能应用需求。

4、目前已知的采用前驱体二级配方式制备磷酸铁锂正极材料的方案，然而该方案新增了研磨工艺制备不同粒径颗粒前驱体，工艺复杂度提高，并且材料的元素均匀度不能保证，实际上仍然不能实际获得满足高性能要求的磷酸铁锂正极材料。

技术实现思路

1、鉴于以上内容，本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过采用不同的磷酸铁原料混合，制备得到磷酸铁锂正极材料，具有稳定级配结构，高均匀磷酸铁锂元素分布及金属掺杂，以及致密均匀的碳包覆层，进一步制备的锂离子电池，也能够获得优良的充放电性能。同时，该磷酸铁锂正极材料的制备方法工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。

2、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括：

3、s10、取至少两份磷酸铁，按照一定比例，将所述两份磷酸铁与锂源、碳源、掺杂剂和去离子水混合溶解，得到混合液；其中，所述两份磷酸铁具有不同的粒径、不同的比表面积、不同的铁磷摩尔比中的至少一个；

4、s20、所述混合液，经湿法研磨、喷雾干燥、烧结、粉碎，得到所述磷酸铁锂正极材料。

5、优选地，所述步骤s10中，所述磷酸铁的份数为三份。

6、优选地，所述三份磷酸铁包括：

7、第一份磷酸铁，铁磷摩尔比fe/p在0.955-0.970，一次粒径在40nm-80nm，比表面积在10m2/g-15m2/g；

8、第二份磷酸铁，铁磷摩尔比fe/p在0.955-0.970，一次粒径在80nm-120nm，比表面积在6m2/g-12m2/g；

9、第三份磷酸铁，铁磷摩尔比fe/p在0.970-0.985，一次粒径在100nm-200nm，比表面积在4m2/g-8m2/g；

10、优选地，所述第一份磷酸铁、所述第二份磷酸铁、所述第三份磷酸铁添加量的质量比在(3.5-7):(3.5-0):3。

11、优选地，所述锂源包括碳酸锂、草酸锂、氢氧化锂中的至少一种；所述锂源和磷酸铁的摩尔比li/fe在1.01-1.05。

12、优选地，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、柠檬酸中的至少一种，所述碳源的加入量满足目标制备磷酸铁锂正极材料碳含量质量比在1.0wt％-1.6wt％；及/或，

13、所述掺杂剂包括二氧化钛及偏钒酸铵；所述二氧化钛和偏钒酸铵的加入量满足目标制备磷酸铁锂正极材料ti含量和v含量分别为3000ppm-6000ppm和500ppm-2000ppm。

14、优选地，所述湿法研磨在10℃-45℃进行，研磨粒度d50在0.2μm-0.5μm，固含量在30wt％-50wt％。

15、优选地，所述喷雾干燥过程：进风温度在180℃-220℃，出风温度在90℃-120℃；喷雾干燥所得中间产物的粒度d50在20μm-40μm，水分含量≤1.5％。

16、优选地，所述烧结过程在氮气气氛下进行，烧结温度在760℃-800℃，烧结时间在6h-10h；所述粉碎后得到的磷酸铁锂正极材料粒度d50在0.9μm-1.7μm；一次颗粒粒度平均值在220nm-280nm，所述粒度分布250nm以内颗粒占比50％-70％，250nm-500nm颗粒占比20％-40％，500nm以上颗粒占比0％-20％。

17、第二方面，本发明实施例还提供了一种磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂正极材料由上述第一方面所述的制备方法制得。

18、第三方面，本发明实施例还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：由上述第二方面所述的磷酸铁锂正极材料制得的电池正极。

19、本发明实施例提供的磷酸铁锂正极材料及其制备方法，采用不同性状的磷酸铁原料，不同性状的磷酸铁原料与、锂源、碳源、掺杂剂混合烧结，不同的磷酸铁颗粒之间形成级配，并形成均匀碳包覆层，不同的磷酸铁颗粒级配结合紧实，实现高压实密度，粉末压实密度可达2.6g/cm3；另外，掺杂金属掺杂到铁位上，高掺杂量会产生更多的空位缺陷，锂离子传输通道更多、传输速率更快，电性能进一步得到提高。同时，该制备方法的工艺流程简洁、设备需求低，适于大规模工业生产中应用。

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，所述制备方法包括：

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，所述步骤s10中，所述磷酸铁的份数为三份。

3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述三份磷酸铁包括：

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，所述锂源包括碳酸锂、草酸锂、氢氧化锂中的至少一种；所述锂源和磷酸铁的摩尔比li/fe在1.01-1.05。

5.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，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、柠檬酸中的至少一种，所述碳源的加入量满足目标制备磷酸铁锂正极材料碳含量质量比在1.0wt％-1.6wt％；及/或，

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，所述湿法研磨在10℃-45℃进行，研磨粒度d50在0.2μm-0.5μm，固含量在30wt％-50wt％。

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，所述喷雾干燥过程：进风温度在180℃-220℃，出风温度在90℃-120℃；喷雾干燥所得中间产物的粒度d50在20μm-40μm，水分含量≤1.5％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结过程在氮气气氛下进行，烧结温度在760℃-800℃，烧结时间在6h-10h；所述粉碎后得到的磷酸铁锂正极材料粒度d50在0.9μm-1.7μm；一次颗粒粒度平均值在220nm-280nm，所述粒度分布250nm以内颗粒占比50％-70％，250nm-500nm颗粒占比20％-40％，500nm以上颗粒占比0％-20％。

9.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括：由权利要求9所述的磷酸铁锂正极材料制得的电池正极。

技术总结
本发明提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括：取至少两份磷酸铁，按照一定比例，将所述两份磷酸铁与锂源、碳源、掺杂剂和去离子水混合溶解，得到混合液；其中，所述两份磷酸铁具有不同的粒径、不同的比表面积、不同的铁磷摩尔比中的至少一个；所述混合液，经湿法研磨、喷雾干燥、烧结、粉碎，得到所述磷酸铁锂正极材料。制备的磷酸铁锂正极材料，级配结合紧密，压实密度高，电化学性能优良。该制备方法，工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。本发明还提供了磷酸铁锂正极材料及应用该磷酸铁锂正极材料的锂离子电池。

技术研发人员：阮家浩,屈再婷,魏义华,王正杰,刘晓玲,孙杰,何中林
受保护的技术使用者：湖北融通高科先进材料集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6