一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种磷酸铁锂正极材料，包括磷酸铁锂长条形颗粒和磷酸铁锂球形颗粒，所述磷酸铁锂长条形颗粒和所述磷酸铁锂球形颗粒堆积形成球形粒子，相邻磷酸铁锂长条形颗粒之间存在空隙，磷酸铁锂球形颗粒填充在空隙中。所述磷酸铁锂正极材料压实密度较高。本发明专利技术还提供了一种正极材料的制备方法，包括：提供磷酸铁锂前驱体；将所述磷酸铁锂前驱体进行造粒后烧结，得到磷酸铁锂正极材料。本发明专利技术提供的制备方法可制备出压实密度较高的磷酸铁锂正极材料，且易于产业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池正极材料主要包括磷酸铁锂和三元材料，其中由于磷酸铁锂具有稳固的P-O键，难以分解，即使在高温或过充条件下，结构也不会发生坍塌，具有良好的循环性能和安全性，从而具有广阔的应用前景。但其组成的电池系统能量密度较低，限制了其在动力电池中的应用。为了提高磷酸铁锂电池的能量密度，则需要提高磷酸铁锂的容量、电压平台或压实密度，但目前市场上磷酸铁锂容量和电压平台已经接近其理论值，可提升空间不大，因此可通过提高磷酸铁锂的压实密度以提高其能量密度。但是传统方法很难提高磷酸铁锂的压实密度。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法。所述磷酸铁锂正极材料的压实密度较高。本专利技术第一方面提供了一种磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂正极材料包括磷酸铁锂长条形颗粒和磷酸铁锂球形颗粒构成，所述磷酸铁锂长条形颗粒和所述磷酸铁锂球形颗粒堆积形成球形粒子，相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间存在空隙，所述磷酸铁锂球形颗粒填充在所述空隙中。其中，所述磷酸铁锂长条形颗粒的长径比为2-5:1。其中，所述磷酸铁锂长条形颗粒的径向尺寸为15-250nm，和/或所述磷酸铁锂球形颗粒的直径为10-60nm。其中，所述磷酸铁锂正极材料还包括导电碳，所述导电碳分布在所述球形粒子的内部和/或表面。其中，所述正极材料中还掺杂有金属元素。其中，所述磷酸铁锂正极材料的压实密度为2.4-2.6g/cm3，和/或所述磷酸铁锂正极材料的粒径D50为0.5-2.0μm。本专利技术提供的磷酸铁锂正极材料，包括磷酸铁锂长条形颗粒，相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间的空隙中还填充有所述磷酸铁锂长条形颗粒，因此，所述磷酸铁锂正极材料结构紧密，压实密度较高。本专利技术第二方面提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括：提供磷酸铁锂前驱体；将所述磷酸铁锂前驱体进行造粒后烧结，得到磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂正极材料包括磷酸铁锂长条形颗粒和磷酸铁锂球形颗粒，所述磷酸铁锂长条形颗粒和所述磷酸铁锂球形颗粒堆积形成球形粒子，相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间存在空隙，所述磷酸铁锂球形颗粒填充在所述空隙中。其中，所述造粒过程包括：将所述磷酸铁锂前驱体与导电胶液混合，进行造粒后烧结，得到磷酸铁锂正极材料。其中，所述导电胶液包括导电剂和粘结剂，所述导电剂包括碳纳米管、石墨烯和超导碳中的至少一种。其中，所述导电胶液包括含碳粘结剂和纳米金属催化剂，所述含碳粘结剂包括羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和十二烷基苯酸钠中的至少一种；所述纳米金属催化剂在所述烧结过程中催化所述含碳粘结剂分解形成导电碳。本专利技术提供的制备方法可制备出压实密度较高的磷酸铁锂正极材料，易于产业化生产。综上，本专利技术有益效果包括以下几个方面：(1)本专利技术提供的磷酸铁锂正极材料压实密度较高；(2)本专利技术提供的制备方法可制备出压实密度较高的磷酸铁锂正极材料，易于产业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的磷酸铁锂正极材料的放大结构示意图；图2为本专利技术实施例1制得的磷酸铁锂正极材料的XRD图谱。具体实施方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。本专利技术第一方面提供了一种磷酸铁锂(LFP)正极材料，所述磷酸铁锂正极材料包括由磷酸铁锂长条形颗粒和磷酸铁锂球形颗粒，所述磷酸铁锂长条形颗粒和所述磷酸铁锂球形颗粒堆积形成球形粒子，相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间存在空隙，所述磷酸铁锂球形颗粒填充在所述空隙中。本专利技术提供的磷酸铁锂正极材料包括磷酸铁锂长条形颗粒(一次颗粒)和磷酸铁锂球形颗粒(一次颗粒)，所述磷酸铁锂球形颗粒填充在相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间的空隙中，紧密堆积形成球形粒子(二次颗粒)，结构紧密，相比于传统的磷酸铁锂球形颗粒，本专利技术所述磷酸铁锂正极材料压实密度更大。本专利技术实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料包括二次颗粒，所述二次颗粒即为所述球形粒子，所述球形粒子结构紧密。本专利技术实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料的粒径或所述球形粒子粒径为微米级。可选地，所述磷酸铁锂正极材料的粒径或所述球形粒子的粒径D50为0.5-2.0μm。进一步可选地，所述球形粒子的粒径D50为0.5-1.0μm或1.0-2.0μm。本专利技术实施方式中，所述磷酸铁锂长条形颗粒的长径比为2-5:1。“长径比”指的是长条形颗粒的经过颗粒内部的最长径(以下简称长度尺寸)和与它相垂直的最长径(以下简称径向尺寸)之比。可选地，所述长条形颗粒的长径比为3-5:1。具体地，所述长条形颗粒的长径比为2:1、3:1、4:1或5:1。本专利技术实施方式中，所述磷酸铁锂长条形颗粒的截面形状包括椭圆形、圆形、正方形、长方形或三角形等形状。可选地，所述磷酸铁锂长条形颗粒具体为椭球形磷酸铁锂(截面形状为椭圆形)或杆状磷酸铁锂(截面形状为圆形)。本专利技术实施方式中，多个所述长条形颗粒沿其长度方向平行排列。本专利技术实施方式中，可选地，所述磷酸铁锂长条形颗粒的径向尺寸为15-50nm。可选地，所述磷酸铁锂长条形颗粒的径向尺寸为50-100nm。可选地，所述磷酸铁锂长条形颗粒的径向尺寸为100-250nm。具体地，所述磷酸铁锂长条形颗粒的径向尺寸为15nm、30nm、45nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。本专利技术实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料还包括填充在相邻所述长条形颗粒之间空隙中的球形颗粒。相邻长条形颗粒之间具有空隙，所述空隙中填充有球形颗粒。本专利技术大部分为长条形颗粒，伴有少量球形颗粒，所述长条形颗粒之间空隙中还填充有这些球形颗粒，进一步减小了正极材料的空隙率，提高了正极材料的压实密度，从而提高了电池的能量密度。且还利于缩短锂离子的迁移路径，提高锂离子的迁移效率，降低内阻等。本专利技术实施方式中，可选地，所述磷酸铁锂球形颗粒的直径为10-60nm。进一步可选地，所述磷酸铁锂球形颗粒的直径为10-30nm。进一步可选地，所述磷酸铁锂球形颗粒的直径为30-60nm。本专利技术实施方式中，相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间空隙未被球形磷酸铁锂颗粒完全填充。可选地，所述磷酸铁锂球形颗粒在所述空隙中的填充率为50％-90％。这里的“填充率”是指所述磷酸铁锂球形颗粒的总体积占所述空隙体积之比。未被球形颗粒完全填充的间隙能增加锂离子的扩散通道，缩短锂离子的扩散距离。本专利技术实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料还包括导电碳。可选地，所述导电碳分布在所述球形粒子的内部和/或表面。进一步可选地，所述导电碳穿插分布在所述球形粒子中。进一步可选地，所述导电碳分布在所述球形粒子的表面。进一步可选地，所述导电碳包覆在所述磷酸铁锂长条形颗粒和/或所述磷酸铁锂球形颗粒表面。导电碳包覆的厚度为2-10nm。导电碳包覆层厚度太薄，则不能很好的包覆在LFP表面，导致导电性等性能不佳，导电碳厚度太厚，则会阻碍Li+的传输，且会降低材料的能量密度，也会导致磷酸铁锂颗粒表面不平整从而影响压实密度。在本实施方式的导电碳包覆层厚度范围内，既实现磷酸铁锂颗粒的碳包覆，又缩短了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料包括磷酸铁锂长条形颗粒和磷酸铁锂球形颗粒，所述磷酸铁锂长条形颗粒和所述磷酸铁锂球形颗粒堆积形成球形粒子，相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间存在空隙，所述磷酸铁锂球形颗粒填充在所述空隙中。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料包括磷酸铁锂长条形颗粒和磷酸铁锂球形颗粒，所述磷酸铁锂长条形颗粒和所述磷酸铁锂球形颗粒堆积形成球形粒子，相邻所述磷酸铁锂长条形颗粒之间存在空隙，所述磷酸铁锂球形颗粒填充在所述空隙中。2.如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂长条形颗粒的长径比为2-5:1。3.如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂长条形颗粒的径向尺寸为15-250nm，和/或所述磷酸铁锂球形颗粒的直径为10-60nm。4.如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料还包括导电碳，所述导电碳分布在所述球形粒子的内部和/或表面。5.如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料中还掺杂有金属元素。6.如权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料的压实密度为2.4-2.6g/cm3，和/或所述磷酸铁锂正极材料的粒径D50为0.5-2.0μm。7.一种磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令涌，尚伟丽，李洁凤，任望保，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44