锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料及正极、锂离子电池和设备技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料及正极、锂离子电池和设备。锂离子电池正极材料，包括核层和包覆所述核层的壳层，所述核层包括碳包覆的磷酸铁锂，所述壳层包括磷酸钒锂。锂离子电池正极材料的制备方法：将碳酸锂、磷酸二氢铵和五氧化二钒混合后进行第一球磨、干燥、预烧；然后与所述碳包覆的磷酸铁锂混合后进行第二球磨，再在氢气和惰性气体的混合气体中烧结。锂离子电池正极浆料，包括锂离子电池正极材料。锂离子电池正极，使用锂离子电池正极浆料制得。锂离子电池，包括锂离子电池正极。设备，包括锂离子电池。

Cathode material and preparation method of lithium-ion battery, anode slurry and anode of lithium-ion battery, lithium-ion battery and equipment

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料及正极、锂离子电池和设备
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料及正极、锂离子电池和设备。
技术介绍
目前锂电池由于其显著的优点，如能量密度高，工作温度宽，寿命长等，被广泛应用在一次和二次电池市场中。在锂电池的开发和研究中，锂电池的电极材料，特别是正极材料，成为最重要的组成部分之一，因为锂电池的特性从本质上来说是由电池采用的电极材料所决定的。磷酸铁锂(LFP)电池广泛应用于3C消费类电池、汽车动力电池等生活的各个方面，其具有安全性高、成本低、寿命长等诸多优势，在锂电池市场具有较大市场占有率。但是，磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率均较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电时比容量降低，这限制了该材料的应用。国内外对磷酸铁锂进行了大量的改性研究来提高磷酸铁锂的导电性能，其中，对磷酸铁锂碳包覆改性一直是研究的热点，主要集中在采用不同碳源实现各种形态的碳包覆。虽然碳包覆能在一定程度上改善磷酸铁锂电池的倍率性能，但是对大倍率充放电和低温性能的改善较小。有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料及正极、锂离子电池和设备，以解决上述问题。为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：一种锂离子电池正极材料，包括核层和包覆所述核层的壳层，所述核层包括碳包覆的磷酸铁锂，所述壳层包括磷酸钒锂。磷酸钒锂属于快离子导体材料，低温性能很好，通过在碳包覆的磷酸铁锂外层再包覆磷酸钒锂，可以使得材料获得良好的室温倍率性能和低温性能。优选地，所述磷酸钒锂与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量比为(20+y)：(80-y)，其中，0≤y≤20。通过控制磷酸钒锂与碳包覆的磷酸铁锂的质量比，可以优化包覆的过程，进而优化得到的正极材料的性能。优选地，所述碳包覆的磷酸铁锂中的碳的原料包括葡萄糖和醋酸纤维素。单一碳源进行碳包覆磷酸铁锂，再包覆过程中材料内部存在裂缝、气孔等缺陷，导致材料的导电性能下降；通过复合碳源进行碳包覆磷酸铁锂，在常规碳源葡萄糖中加入醋酸纤维素，碳化后的醋酸纤维素在微观上存在很大数量的纳米级微孔，这种纳米级微孔的存在使碳层具有很大的比表面，能够与葡萄糖碳层形成互补可以获得包覆更致密、更均匀的材料，从而减少锂离子在正极材料内的扩散路程、降低锂离子电池的极化，提升电性能。一种所述的锂离子电池正极材料的制备方法，包括：将磷酸钒锂与所述碳包覆的磷酸铁锂混合后进行第一球磨，再在氢气和惰性气体的混合气体中烧结；优选地，所述磷酸钒锂的制备方法包括：将碳酸锂、磷酸二氢铵和五氧化二钒混合后进行第二球磨，然后干燥、预烧得到所述磷酸钒锂；优选地，所述碳酸锂、所述磷酸二氢铵和所述五氧化二钒的摩尔比为(2-4)：(2-4)：(1-3)；优选地，所述第二球磨时，加入乙醇；优选地，所述碳酸锂、所述磷酸二氢铵和所述五氧化二钒的总质量与所述乙醇的料液比为1：(30-50)g/mL；优选地，所述预烧的温度为80-100℃，时间为1-3h；优选地，所述第一球磨和所述第二球磨的时间各自独立的为6-10h；优选地，所述氢气和惰性气体的混合气体包括体积分数为3％-5％的氢气和95％-97％的惰性气体；优选地，所述烧结的温度为700-900℃，时间为7-9h。采用固相混合烧结的工艺，操作简单、工艺条件容易控制，相比液相反应能够获得更好的目标产物，且原料无毒、无污染，应用空间广阔。控制物料的摩尔比，是为了保证在包覆的过程中减少杂质的含量；第二球磨时加入乙醇的目的是为了让物料润湿后有适当的粘结，保证球磨的效果，同时乙醇易挥发，经过干燥处理后不会在体系内引入杂质；控制预烧和烧结的温度、时间，是为了保证获得的磷酸钒锂和最终材料的性能，温度过低性能达不到、温度过高容易产生杂质；使用氢气和惰性气体作为反应氛围，是为了获得弱还原性气氛，避免烧结过程中产生氧化物和碳酸盐杂质。优选地，所述碳包覆的磷酸铁锂的制备方法包括：将磷酸铁锂、葡萄糖和醋酸纤维素分散到水中，然后干燥、粉碎，再在惰性气体氛围下炭化处理；优选地，所述磷酸铁锂、所述葡萄糖和所述醋酸纤维素的质量比为100：X：(20-X)，其中，0＜X＜20；优选地，所述分散在超声条件下进行，时间为1-3h；优选地，所述干燥在真空条件下进行，温度为60-120℃，时间为24-36h；优选地，所述炭化处理的升温速率为2-8℃/min，终点温度为700-900℃，恒温时间为3-24h。醋酸纤维素的用量需要控制在适当的范围内，主要目的是控制纳米微孔的量和醋酸纤维素与葡萄糖复合效果；先把磷酸铁锂、葡萄糖和醋酸纤维素分散到水中，然后再进行干燥、粉碎和炭化处理，主要目的是为了保证磷酸铁锂、葡萄糖和醋酸纤维素的分散性能，提升复合碳包覆的效果；超声处理是为了更进一步的提升分散效果；控制炭化处理的升温速率和终点温度，是为了提升炭化处理的效果。优选地，所述磷酸铁锂的制备方法包括：将锂源和溶剂混合得到含锂溶液，然后将所述含锂溶液与磷源混合得到磷酸锂悬浊液，再将所述磷酸锂悬浊液与铁源混合得到均相分散液；将所述均相分散液喷雾干燥得到前驱体，然后在弱还原性气氛中煅烧得到所述磷酸铁锂；优选地，所述锂源包括氢氧化锂，所述磷源包括磷酸，所述铁源包括硫酸亚铁，所述溶剂包括乙二醇；优选地，所述含锂溶液中锂元素的浓度为0.01-2mol/L；优选地，所述均相分散液中锂元素、磷元素和铁元素的摩尔比为(2-3)：1：1；优选地，所述喷雾干燥的入口温度为120-150℃；优选地，所述弱还原性气氛包括体积分数为3％-5％的氢气和95％-97％的惰性气体；优选地，所述煅烧的温度为700-900℃，时间为5-24h。选择氢氧化锂作为锂源可以避免引入其他杂质元素，控制含锂溶液中锂元素的浓度以及优选将磷源缓慢加入到含锂溶液中，均是为了控制生成磷酸锂的过程，进而通过控制各个元素的摩尔比来保证得到的磷酸铁锂的形貌和性能。喷雾干燥的入口温度的控制主要是在保证干燥的基础上减少高温产生的杂质；弱还原性气氛的使用是为了避免产生氧化物和碳酸盐类杂质。煅烧温度和时间的优选，可以提升所获得的材料的性能。一种锂离子电池正极浆料，包括所述的锂离子电池正极材料；优选地，还包括导电剂、粘结剂和溶剂。一种锂离子电池正极，使用所述的锂离子电池正极浆料制得。一种锂离子电池，包括所述的锂离子电池正极。一种设备，包括所述的锂离子电池。该设备可以是单纯的供电设备，也可以是设置有电源接口或者自带供电模块的用电设备。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：1.通过在碳包覆的磷酸铁锂外层再包覆磷酸钒锂，可以使得材料获得良好的室温倍率性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，包括核层和包覆所述核层的壳层，所述核层包括碳包覆的磷酸铁锂，所述壳层包括磷酸钒锂。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，包括核层和包覆所述核层的壳层，所述核层包括碳包覆的磷酸铁锂，所述壳层包括磷酸钒锂。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述磷酸钒锂与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量比为(20+y)：(80-y)，其中，0≤y≤20。


3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述碳包覆的磷酸铁锂中的碳的原料包括葡萄糖和醋酸纤维素。


4.一种权利要求1-3任一项所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
将磷酸钒锂与所述碳包覆的磷酸铁锂混合后进行第一球磨，再在氢气和惰性气体的混合气体中烧结；
优选地，所述磷酸钒锂的制备方法包括：将碳酸锂、磷酸二氢铵和五氧化二钒混合后进行第二球磨，然后干燥、预烧得到所述磷酸钒锂；
优选地，所述碳酸锂、所述磷酸二氢铵和所述五氧化二钒的摩尔比为(2-4)：(2-4)：(1-3)；
优选地，所述第二球磨时，加入乙醇；
优选地，所述碳酸锂、所述磷酸二氢铵和所述五氧化二钒的总质量与所述乙醇的料液比为1：(30-50)g/mL；
优选地，所述预烧的温度为80-100℃，时间为1-3h；
优选地，所述第一球磨和所述第二球磨的时间各自独立的为6-10h；
优选地，所述氢气和惰性气体的混合气体包括体积分数为3％-5％的氢气和95％-97％的惰性气体；
优选地，所述烧结的温度为700-900℃，时间为7-9h。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳包覆的磷酸铁锂的制备方法包括：
将磷酸铁锂、葡萄糖和醋酸纤维素分散到水中，然后干燥、粉碎，再在惰性气体氛围下炭化处理；
优选地，所述磷酸铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春阳，李瑞法，娄忠良，陈建鹏，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43