改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法。本发明专利技术的改性超低温磷酸铁锂复合材料，包括内核以及包覆于所述内核外表面的包覆层，所述内核包括碳和磷酸铁锂，所述包覆层包括碳和镧系金属磷酸盐，通过上述方式，将磷酸铁锂和镧系金属磷酸盐形成纳米核

【技术实现步骤摘要】
改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，尤其涉及一种改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂(LiFePO4，简称LFP)已经广泛应用于动力及储能电池领域，其具有高安全性、高循环寿命且物美价廉等优点，具有广阔的应用前景，但同时磷酸铁锂也存在着明显的缺点，例如导电性差、锂离子扩散速度慢。目前针对磷酸铁锂的改性方案有表面包覆、纳米化以及体相掺杂。其中表面包覆的包覆物有包覆碳、导电金属、金属氧化物及锂金属氧化物、磷酸锂等等。
[0003]现有技术中超高功率型磷酸铁锂为实现大功率、超低温放电，一般采用体相掺杂V、Nb等高价金属离子，同时进行纳米化和表面包碳，但其低温依旧满足不了低温大功率充放电要求，低温放电效率和放电中值电压依旧偏低。同时其一次颗粒粒径一般控制在100nm以下，比表面积在20以上。这么小的一次颗粒和巨大的比表面积带来的两个问题，一是材料在电池混浆阶段不容易分散，粘度大甚至成果冻状导致无法配料和涂布；另一方面就是材料高温存贮胀气，高温容量保持和恢复性能差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法，以解决现有技术中磷酸铁锂材料低温放电效率低的技术问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：提供一种改性超低温磷酸铁锂复合材料，包括内核以及包覆于所述内核外表面的包覆层，所述内核包括碳和磷酸铁锂，所述包覆层包括碳和镧系金属磷酸盐，所述内核中的磷酸铁锂、所述内核中的碳、所述包覆层中的镧系金属磷酸盐以及所述包覆层中的碳的质量比为(95～97)：(1.95～3.0)：(1.0～2.5)：(0.5～1.0)。
[0006]优选地，所述内核中的磷酸铁锂为掺杂型磷酸铁锂，所述掺杂型磷酸铁锂的组分为LiFe
γ
M1‑
γ
PO4，其中，M为钒V、铌Nb、钛Ti、钨W、镧La、钇Y、锆Zr或镁Mg中的一种或多种，0.8≤γ≤1；
[0007]或，所述内核中的磷酸铁锂为掺杂型磷酸铁锂，所述掺杂型磷酸铁锂的组分为LiFe
α
M1‑
α
PO4，其中，M为锰Mn，0.2≤α≤1。
[0008]优选地，所述镧系金属磷酸盐的组分为M
’
PO4，其中，M
’
为镧La、钇Y或钪Sc中的一种或多种。
[0009]优选地，所述M为钒V，所述M
’
为镧La；
[0010]和/或，所述改性超低温磷酸铁锂复合材料的粒径D50为0.25～1.5μm。
[0011]本专利技术的另一技术方案如下：提供一种改性超低温磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括：
[0012]S1，在第一溶剂中加入锂源、铁源、磷源以及第一碳源进行混合，得到第一混合物；
[0013]S2，利用研磨机将所述第一混合物进行研磨，得到第一浆料；
[0014]S3，将所述第一浆料进行喷雾干燥，得到第一粉末；
[0015]S4，在惰性气体气氛下，将所述第一粉末进行焙烧，得到碳包覆的磷酸铁锂；
[0016]S5，在第二溶剂中加入镧系金属磷酸盐、所述碳包覆的磷酸铁锂以及第二碳源进行混合，得到第二混合物；
[0017]S6，利用研磨机将所述第二混合物进行研磨，得到第二浆料；
[0018]S7，将所述第二浆料进行喷雾干燥，得到第二粉末；
[0019]S8，在惰性气体气氛下，将所述第二粉末进行焙烧，得到改性超低温磷酸铁锂复合材料；
[0020]其中，所述第一碳源中的碳元素焙烧后的残余量与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量之比为(1.95～3.0)：(96.95～100)；所述镧系金属磷酸盐的质量与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量之比为(1.0～2.5)：(96.95～100)；所述第二碳源中的碳元素焙烧后的残余量与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量之比为(0.5～1.0)：(96.95～100)。
[0021]优选地，所述碳包覆的磷酸铁锂为碳包覆的掺杂型磷酸铁锂；
[0022]步骤S1具体为：在第一溶剂中加入锂源、铁源、掺杂金属源、磷源以及第一碳源进行混合，得到第一混合物，其中，所述锂源、所述铁源、所述掺杂金属源以及所述磷源的元素摩尔比为1：γ：(1
‑
γ)：1，其中，0.8≤γ≤1,所述掺杂金属为钒V、铌Nb、钛Ti、钨W、镧La、钇Y、锆Zr或镁Mg中的一种或多种；
[0023]或，步骤S1具体为：在第一溶剂中加入锂源、铁源、掺杂金属源、磷源以及第一碳源进行混合，得到第一混合物，其中，所述锂源、所述铁源、所述掺杂金属源以及所述磷源的元素摩尔比为1：α：(1
‑
α)：1，其中，0.2≤α≤1，所述掺杂金属为锰Mn。
[0024]优选地，所述第一粉末的焙烧温度为650～795℃；所述第二粉末的焙烧温度为600～750℃；所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气、二氧化碳中的一种或多种；
[0025]和/或，所述第一浆料的研磨粒径D50为0.25～0.5μm；
[0026]和/或，所述第二浆料的研磨粒径D50为0.25～0.5μm；
[0027]和/或，所述镧系金属磷酸盐的组分为M
’
PO4，其中，M
’
为镧La、钇Y或钪Sc中的一种或多种。
[0028]优选地，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、柠檬酸锂、磷酸二氢锂中的一种或多种；所述铁源选自氧化铁、四氧化三铁、柠檬酸铁、磷酸铁、草酸亚铁中的一种或多种；
[0029]和/或，所述磷源选自磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸、磷酸二氢锂中的一种或多种；
[0030]和/或，所述第一碳源或所述第二碳源选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚丙烯腈、淀粉、纤维素的一种或多种；
[0031]和/或，所述第一溶剂为有机溶剂或水，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮中的一种，所述第二溶剂为水；
[0032]和/或，所述掺杂金属源为偏钒酸铵。
[0033]本专利技术的另一技术方案如下：提供一种改性超低温磷酸铁锂正极材料，其特征在于，包括改性超低温磷酸铁锂复合材料、导电剂、PVDF以及NMP，所述改性超低温磷酸铁锂复合材料为上述的改性超低温磷酸铁锂复合材料或按照上述的制备方法制备而成。
[0034]本专利技术的另一技术方案如下：提供一种改性超低温磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
[0035]将改性超低温磷酸铁锂复合材料、导电剂、PVDF以及NMP进行搅拌混合，得到正极浆料；
[0036]将所述正极浆料涂覆在铝箔上，得到正极材料；
[0037]于真空下，将所述正极材料烘干，将烘干后的正极材料压制成片状，片状的正极材料的厚度小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性超低温磷酸铁锂复合材料，其特征在于，包括内核以及包覆于所述内核外表面的包覆层，所述内核包括碳和磷酸铁锂，所述包覆层包括碳和镧系金属磷酸盐，所述内核中的磷酸铁锂、所述内核中的碳、所述包覆层中的镧系金属磷酸盐以及所述包覆层中的碳的质量比为(95～97)：(1.95～3.0)：(1.0～2.5)：(0.5～1.0)。2.根据权利要求1所述的改性超低温磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述内核中的磷酸铁锂为掺杂型磷酸铁锂，所述掺杂型磷酸铁锂的组分为LiFe
γ
M1‑
γ
PO4，其中，M为钒V、铌Nb、钛Ti、钨W、镧La、钇Y、锆Zr或镁Mg中的一种或多种，0.8≤γ≤1；或，所述内核中的磷酸铁锂为掺杂型磷酸铁锂，所述掺杂型磷酸铁锂的组分为LiFe
α
M1‑
α
PO4，其中，M为锰Mn，0.2≤α≤1。3.根据权利要求2所述的改性超低温磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述镧系金属磷酸盐的组分为M
’
PO4，其中，M
’
为镧La、钇Y或钪Sc中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的改性超低温磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述M为钒V，所述M
’
为镧La；和/或，所述改性超低温磷酸铁锂复合材料的粒径D50为0.25～1.5μm。5.一种改性超低温磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括：S1，在第一溶剂中加入锂源、铁源、磷源以及第一碳源进行混合，得到第一混合物；S2，利用研磨机将所述第一混合物进行研磨，得到第一浆料；S3，将所述第一浆料进行喷雾干燥，得到第一粉末；S4，在惰性气体气氛下，将所述第一粉末进行焙烧，得到碳包覆的磷酸铁锂；S5，在第二溶剂中加入镧系金属磷酸盐、所述碳包覆的磷酸铁锂以及第二碳源进行混合，得到第二混合物；S6，利用研磨机将所述第二混合物进行研磨，得到第二浆料；S7，将所述第二浆料进行喷雾干燥，得到第二粉末；S8，在惰性气体气氛下，将所述第二粉末进行焙烧，得到改性超低温磷酸铁锂复合材料；其中，所述第一碳源中的碳元素焙烧后的残余量与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量之比为(1.95～3.0)：(96.95～100)；所述镧系金属磷酸盐的质量与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量之比为(1.0～2.5)：(96.95～100)；所述第二碳源中碳元素焙烧后的残余量与所述碳包覆的磷酸铁锂的质量之比为(0.5～1.0)：(96.95～100)。6.根据权利要求5所述的改性超低温磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆的磷酸铁锂为碳包覆的掺杂型磷酸铁锂；步骤S1具体为：在第一溶剂中加入锂源、铁源、掺杂金属源、磷源以及第一碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑛，
申请(专利权)人：雅安锂盛新能企业管理中心有限合伙，
类型：发明
国别省市：