一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池，制备方法包括：(1)将锂源和磷酸铁混合，进行一次煅烧，粉碎，得到磷酸铁锂粉碎料；(2)将磷酸铁锂粉碎料和分散剂混合，进行二次煅烧，得到磷酸铁锂正极材料；磷酸铁锂粉碎料的质量为M

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经成为目前应用最为广泛的电化学动力源，这种电池中最具代表性的就是由于正极和负极中的锂离子在嵌入与脱嵌时化学电位发生变化而产生电能的锂二次电池(LIBs)。而正极材料对LIBs的性能有直接主导的作用，因此许多研究人员致力于研究容量大、充电/放电速度快、循环寿命长的可进行锂离子可逆地嵌入与脱嵌的正极材料。
[0003]磷酸铁锂为正极的锂离子电池是目前电动汽车和储能领域应用最为广泛的电池体系之一，具有成本低廉、循环寿命长、安全性好等特点。专利CN105140519B公开了一种磷酸铁锂正极材料及磷酸铁锂二次电池，其通过采用分散导电剂、集中导电剂和协同导电剂多维复配使用，构建完整的导电网络和粘接网络，将特定的导电剂与磷酸铁锂正极材料配合使用，制备得到的锂离子电池具有功率高和循环寿命长的优势。专利CN106328906A提供了一种纳米球形磷酸铁锂正极材料及其制备方法，该专利以球形纳米级别的三氧化二铁颗粒为原料和模板来制备碳包覆的磷酸铁锂正极材料，可以获得均一性较好的纳米球形颗粒磷酸铁锂，颗粒较小，由此制备得到的锂离子电池具有较高的充放电性能和较好的倍率性能。专利CN102306782A公开了一种磷酸铁锂电池正极，该正极包含下列重量百分比的组分：水性粘合剂0.5～1％，导电剂1～3％，鳞片石墨0.5～2％，磷酸铁锂90～97％，水性胶1～3％，该正极采用较高含量的磷酸铁锂，并舍弃昂贵的NMP溶剂，极大地降低了磷酸铁锂正极的制作成本，并提高了磷酸铁锂电池的容量。
[0004]现有技术中的磷酸铁锂电池具有成本低廉、循环寿命长、安全性好等优势，但以磷酸铁锂为正极的锂离子电池在低温下存在严重的容量和倍率衰减问题，限制了其在寒冷地区的推广和应用。因此，磷酸铁锂材料本身低温放电性能的提高，对于改善磷酸铁锂为正极的锂离子电池体系的低温放电特性具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。本专利技术通过合理调整磷酸铁锂正极材料制备过程中的分散剂的加入量，既可以降低材料表面活化能，提高小粒径磷酸铁锂正极材料的分散性，进而提高材料的低温倍率性能，同时又能够防止磷酸铁锂正极材料的放电容量的损失，制备得到的磷酸铁锂正极材料具有良好的低温倍率性能和低温循环性能。
[0006]本专利技术中，“低温”指温度小于等于
‑
30℃。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术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：
[0009](1)将锂源和磷酸铁混合，进行一次煅烧，粉碎，得到磷酸铁锂粉碎料；
[0010](2)将步骤(1)所述磷酸铁锂粉碎料和分散剂混合，进行二次煅烧，得到磷酸铁锂正极材料；
[0011]所述磷酸铁锂粉碎料的质量为M
F
，所述分散剂的质量为M
o
，所述磷酸铁锂粉碎料的质量M
F
和分散剂的质量M
o
满足：I＝(M
F
/7.8M
o
)
‑
1.95，0≤I≤0.5。
[0012]本专利技术中，0≤I≤0.5，I例如可以是0、0.01、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或0.5等。
[0013]磷酸铁锂本身导电性差的问题严重影响了它的电化学性能，现有技术中为提升磷酸铁锂导电性，通常采用减小材料粒径的方式，粒径减小可以使锂离子在磷酸铁锂粒子内部扩散路径减小，材料活性比表面积增大，电化学反应活性增加；但是粒径小的磷酸铁锂材料表面能较大，即使经过气流粉碎颗粒之间团聚还是比较严重，制备的电池在
‑
30℃低温倍率放电时中值电压明显高于大粒径磷酸铁锂，颗粒之间的接触电阻成为影响电池低温放电性能的主要因素。
[0014]本专利技术中，首先将锂源和磷酸铁混合进行一次煅烧增加材料的比表面积，制备得到磷酸铁锂，然后将磷酸铁锂粉碎并加入特定含量的分散剂进行二次煅烧，降低颗粒之间的接触电阻造成的影响，制备得到具有良好的低温倍率性能和低温循环性能的磷酸铁锂正极材料；其中，分散剂的加入量至关重要，分散剂加入量过多会导致材料粉体压实太低，放电比容量降低，分散剂加入量过少无法有效地起到分散颗粒的作用。本专利技术通过合理调整分散剂加入到磷酸铁锂材料中的含量，使磷酸铁锂粉碎料的质量M
F
和分散剂的质量M
o
满足：I＝(M
F
/7.8M
o
)
‑
1.95，0≤I≤0.5，既可以降低材料表面活化能，提高小粒径磷酸铁锂正极材料的分散性，进而提高材料的低温倍率性能，同时又能够防止磷酸铁锂正极材料的放电容量的损失，使制备得到的磷酸铁锂正极材料具有良好的低温倍率性能和低温循环性能。
[0015]进一步地，本专利技术中的分散剂未在磷酸铁锂的一次煅烧合成过程中加入，而是与一次煅烧并粉碎后得到的磷酸铁锂粉碎料混合进行二次煅烧，一方面，其在特定的含量下能够充分发挥分散效果，作用于粉碎后得到的颗粒较小的磷酸铁锂粉碎料，降低材料表面活化能，提高二次煅烧得到的小粒径磷酸铁锂正极材料的分散性，进而提高材料的低温倍率性能；另一方面，加入合适含量的分散剂并进行二次煅烧，不仅未对磷酸铁锂正极材料的容量造成影响，而且降低了磷酸铁锂的缺陷，使最终得到的磷酸铁锂正极材料结构更加紧凑，低温电化学性能更加良好。
[0016]作为本专利技术所述制备方法的优选技术方案，步骤(1)所述锂源和磷酸铁混合的过程中，还加入碳源，形成碳包覆的磷酸铁锂，进一步提升磷酸铁锂正极材料的导电性、容量和倍率性能。
[0017]优选地，以所述磷酸铁的质量为100％计，所述碳源的含量为M
c
，所述磷酸铁锂粉碎料的质量M
F
、分散剂的质量M
o
和碳源的含量M
c
满足：I＝(M
F
/7.8M
o
)
‑
(1.95+M
c
)，0≤I≤0.5。
[0018]本专利技术中，分散剂的加入量至关重要，当制备磷酸铁锂正极材料的过程中加入碳源进行碳包覆时，磷酸铁锂粉碎料的质量M
F
、分散剂的质量M
o
和碳源的含量M
c
满足：I＝(M
F
/7.8M
o
)
‑
(1.95+M
c
)，0≤I≤0.5，能够充分降低材料表面活化能，提高小粒径磷酸铁锂材料的分散性，进而提高材料的低温倍率性能，同时又能够保证磷酸铁锂的放电容量不损失，使含碳的磷酸铁锂正极材料兼顾低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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：(1)将锂源和磷酸铁混合，进行一次煅烧，粉碎，得到磷酸铁锂粉碎料；(2)将步骤(1)所述磷酸铁锂粉碎料和分散剂混合，进行二次煅烧，得到磷酸铁锂正极材料；所述磷酸铁锂粉碎料的质量为M
F
，所述分散剂的质量为M
o
，所述磷酸铁锂粉碎料的质量M
F
和分散剂的质量M
o
满足：I＝(M
F
/7.8M
o
)
‑
1.95，0≤I≤0.5。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源和磷酸铁混合的过程中，还加入碳源；优选地，以所述磷酸铁的质量为100％计，所述碳源的含量为M
c
，所述磷酸铁锂粉碎料的质量M
F
、分散剂的质量M
o
和碳源的含量M
c
满足：I＝(M
F
/7.8M
o
)
‑
(1.95+M
c
)，0≤I≤0.5。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂和磷酸铁锂粉碎料的质量比为0.05～0.06；优选地，所述碳源和磷酸铁的质量比为0.11～0.16；优选地，所述碳源和磷酸铁锂粉碎料的质量比为(0.06～0.1):1。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合后、一次煅烧前，还进行湿法研磨和喷雾干燥的步骤；优选地，所述喷雾干燥的压力为0.3～0.5MPa；优选地，所述喷雾干燥的温度为120～150℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次煅烧的温度为600～700℃；优选地，步骤(1)所述一次煅烧的时间为5～7h；优选地，步骤(1)所述一次煅烧的气氛中的气体包括氮气；优选地，步骤(1)所述粉碎的方式为气流粉碎；优选地，步骤(1)所述磷酸铁锂粉碎料的粒径D50为200～400nm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王壮，张树涛，李子郯，白艳，王亚州，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：