一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法技术

本申请提供了一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法，所述复合磷酸铁锂材料包括内核和包覆在所述内核上的壳层，所述内核的材料包括LiFe1‑

【技术实现步骤摘要】
一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，磷酸铁锂材料作为锂电池正极材料的一种，得到了广泛的应用。但常规磷酸铁锂材料的磁性物质含量高，易发生自放电现象，其高温、低温、功率、循环性能和安全性均较弱。业界一般采用对磷酸铁锂进行金属离子掺杂或包覆碳层的方法解决上述问题，通过常规碳包覆或金属离子掺杂能够在一定程度上提高其循环性能，但效果有限。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请提供了一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法，能显著提高磷酸铁锂材料的低温、高温、功率、循环性能和安全性。
[0004]具体地，本申请第一方面提供了一种复合磷酸铁锂材料，所述复合磷酸铁锂材料包括内核和包覆在所述内核上的壳层，所述内核的材料包括LiFe1‑
x
M
x
PO4，所述壳层包括碳层，所述碳层中还嵌有含L元素的锂金属氧化物；其中，0<x<0.05，所述M元素和所述L元素独立地选自Mg、Al、Zr、Ti、Co、V、Mn、W、Sn、Nb、Mo中的一种或多种。
[0005]磷酸铁锂经金属离子掺杂后得到的内核的材料LiFe1‑
x
M
x
PO4能够改善锂离子的扩散通道，提高锂离子扩散系数，改进材料的低温效率和功率性能。嵌在碳层中的含有L元素的锂金属氧化物能大幅改善壳层的界面性质，有效防止电池电解液水解产生的氢氟酸的侵蚀，抑制内核中活性物质的溶解损耗。同时，壳层能有效抑制烧结过程中内核材料的团聚，减少颗粒间的黏连，有利于缩短锂离子的扩散通道，从而进一步提高其低温和功率性能。此外，壳层具有良好的电子导电性，能提高复合磷酸铁锂材料的导电性，有利于维持其快速充放电过程中电子的快速转移，提高其快充性能。上述复合磷酸铁锂材料的磁性杂质含量低，在高温下的储存和循环性能好，并且显示低自放电量，有利于延长电池的使用寿命，且安全性高。
[0006]可选地，所述M元素在所述LiFe1‑
x
M
x
PO4中的质量百分数为0.1％
‑
3％。
[0007]可选地，所述锂金属氧化物在所述复合磷酸铁锂材料中的质量百分数为0.1％
‑
1.5％。
[0008]可选地，所述锂金属氧化物的粒径为1nm
‑
10nm。
[0009]可选地，所述壳层的厚度为2nm
‑
15nm。
[0010]可选地，所述碳层中的碳在所述复合磷酸铁锂材料中的质量百分数为1％
‑
3.5％。
[0011]可选地，所述复合磷酸铁锂材料为短棒状或类短棒状；所述复合磷酸铁锂材料的长径比为1
‑
5。
[0012]本申请第二方面提供了一种复合磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1，提供磷酸铁锂浆料，向所述磷酸铁锂浆料中加入M源和锂源，在惰性气氛下进
行砂磨处理，获得混合浆料；
[0014]S2，向所述混合浆料中加入碳源以及L源，搅拌均匀后进行喷雾干燥，获得造粒粉；
[0015]S3，将所述造粒粉进行烧结，再经气碎后获得本申请第一方面提供的复合磷酸铁锂材料。
[0016]上述制备方法工艺简单、成本低廉、生产效率高，适合工业化批量制备。
[0017]可选地，以所述磷酸铁锂浆料中粉体的质量为基准，所述M源的质量百分数为0.2％
‑
4％，所述锂源的质量百分数为0.5％
‑
5％；以所述混合浆料中粉体的质量为基准，所述L源的质量百分数为0.5％
‑
5％，所述碳源的质量百分数为7％
‑
15％。
[0018]可选地，所述砂磨的线速度为5m/s
‑
15m/s，时间为0.5h
‑
12h。
[0019]可选地，所述惰性气氛为氮气或氦气气氛。
[0020]可选地，所述烧结的温度为650℃
‑
760℃，时间为5h
‑
10h。
[0021]可选地，所述M源和所述L源各自独立地选自氯化镁、硝酸镁、硝酸铝、硝酸锆、氧化锆、钛酸四乙酯、钛酸乙酯、醋酸钴、硝酸钴、五氧化二钒、偏钒酸铵、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、二硫化钨、氯化锡、氧化锡、硫化钼、五氯化铌、氧化钼中的一种或多种。
[0022]可选地，所述锂源包括氯化锂、磷酸二氢锂、磷酸一氢锂、磷酸锂、硝酸锂中的一种或多种。
[0023]可选地，所述碳源包括蔗糖，水溶性酚醛树脂、葡糖糖、聚乙二醇、羟甲基纤维素、聚丙烯酰胺、淀粉、聚乙烯醇中的一种或多种。
[0024]本申请提供的一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法，能显著提高磷酸铁锂材料的低温、高温、功率和循环性能，并且解决了常规磷酸铁锂材料磁性物质含量高而导致的使用寿命较短和安全性能较低的问题。
附图说明
[0025]图1为本申请所述复合磷酸铁锂材料的结构示意图；
[0026]图2为本申请实施例1制得的复合磷酸铁锂材料的扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)照片；
[0027]图3为本申请对比例1制得的磷酸铁锂材料的SEM照片。
[0028]附图标记说明如下：
[0029]100、复合磷酸铁锂材料；10、内核；20、壳层；201、锂金属氧化物。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本申请进行详细介绍。
[0031]请参见图1，本申请第一方面提供了一种复合磷酸铁锂材料100，复合磷酸铁锂材料100包括内核10和包覆在内核10上的壳层20，内核10的材料包括LiFe1‑
x
M
x
PO4，壳层20包括碳层，碳层中还嵌有含L元素的锂金属氧化物201；其中，0<x<0.05，所述M元素和所述L元素各独立地选自Mg、Al、Zr、Ti、Co、V、Mn、W、Sn、Nb、Mo中的一种或多种。
[0032]磷酸铁锂经金属离子掺杂后得到的材料LiFe1‑
x
M
x
PO4能够改善锂离子的扩散通道，提高锂离子扩散系数，改进材料的低温循环性能和功率性能。嵌在壳层20内的含有L元素的锂金属氧化物201能有效改善碳层的界面性质，即降低其界面润湿性，进而大幅改善壳层20
的界面性质，能够有效防止电池电解液水解产生的氢氟酸的侵蚀，抑制内核10中活性物质LiFe1‑
x
M
x
PO4的溶解损耗，其次，壳层20能有效抑制烧结过程中内核材料的团聚，减少颗粒间的黏连，提高分散性，有利于缩短锂离子的扩散通道，从而进一步提高复合磷酸铁锂材料100的低温和功率性能。此外，壳层20具有良好的电子导电性，能提高复合磷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述复合磷酸铁锂材料包括内核和包覆在所述内核上的壳层，所述内核的材料包括LiFe1‑
x
M
x
PO4，所述壳层包括碳层，所述碳层中还嵌有含L元素的锂金属氧化物；其中，0<x<0.05，所述M元素和所述L元素独立地选自Mg、Al、Zr、Ti、Co、V、Mn、W、Sn、Nb、Mo中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述M元素在所述LiFe1‑
x
M
x
PO4中的质量百分数为0.1％
‑
3％。3.根据权利要求1所述的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述锂金属氧化物在所述复合磷酸铁锂材料中的质量百分数为0.1％
‑
1.5％。4.根据权利要求1所述的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述壳层的厚度为2nm
‑
15nm。5.根据权利要求1所述的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述碳层中的碳在所述复合磷酸铁锂材料中的质量百分数为1％
‑
3.5％。6.根据权利要求1所述的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述复合磷酸铁锂材料为短棒状或类短棒状；所述复合磷酸铁锂材料的长径比为1
‑
5。7.根据权利要求1所述的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐云玲，徐茶清，连水平，刘祖荣，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：