一种锂离子电池正极材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池正极材料，包括磷酸铁锂、含有磷元素的固体电解质和中间相碳微球；其中，LiFePO

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及化学电源
，特别是涉及一种锂离子电池正极材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]传统的磷酸铁锂导电性差，材料内阻大，应用到电池后，循环寿命短，且电池发热，温升大，不利于安全，传统的磷酸铁锂并不适用于储能电池。为适应储能电池的需求，开发新型储能材料是行业研发重点。
[0003]现有的磷酸铁锂的改性方式有很多，CN102479945B专利公开球形磷酸铁锂正极材料的制备方法，该专利通过金属氧化物或金属碳化物包覆，提高了磷酸铁锂颗粒之间的导电性和材料的振实密度。CN108448070B公开的技术方案利用金属掺杂磷酸铁锂/碳复合材料规避制备磷酸铁过程中亚铁价态转变成三价铁价态时，某些掺杂金属会从占据的原铁位被挤出而无法实现铁位原位掺杂，减弱所得电池正极材料的性能问题。
[0004]上述改性多是从材料的外部结构出发改善磷酸铁锂的性能，改善效果有限。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池正极材料，本专利技术利用物质间元素共用实现复合，增加锂离子脱嵌点位，进一步配合提升导电性，提升正极性能。
[0006]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种锂离子电池正极材料，包括磷酸铁锂、含有磷元素的固体电解质和中间相碳微球；其中，LiFePO4和固体电解质经过烧结通过磷元素相互键合；中间相碳微球吸附存在于LiFePO4和固体电解质表面及缝隙。
[0007]优选含有磷元素的固体电解质为Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4。本专利技术通过高温烧结磷酸铁锂和固体电解质，二者利用共同元素P相互键合，形成新的混合物质LFP
‑ꢀ
Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4，Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4结构内含可移动的锂离子，二者同时存在锂离子脱嵌点位，在基本组织层面增加了锂离子脱嵌点位，有效提升材料的导离子性能。
[0008]优选LiFePO4、间相碳微球和Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4的摩尔比是0.5：（0.05至0.2）：（0.1至0.3）。本专利技术利用进一步优选LiFePO4、间相碳微球和Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4用量；相互键合的LiFePO4和Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4有效提升正极材料中锂离子脱嵌点位，加快锂离子的传递速度；进一步在二者之间分散球形MCMB，MCMB结构稳定，具有碳材料优良的导电性，可充分填充材料间孔隙构建电子传输通道，通过高温烧结，可稳定的存在于LiFePO4和Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4中间，形成LFP
‑
LISICOM
‑
MCMB，相对于磷酸铁锂材料，本专利技术提出的锂离子电池复合正极材料离子传导性和电子传导性均显著提升。
[0009]Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4中x为0.75。本专利技术中Li
3.25
Ge
0.25
P
0.75
S4工业制成成熟，应用方便，适合生产。
[0010]本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池正极材料，本专利技术通过高温煅烧在制备磷
酸铁锂的同时利用物质间元素共用实现复合，增加锂离子脱嵌点位，进一步配合提升导电性，提升正极性能。
[0011]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种制备锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将碳粉、F2O3、MCMB和含有磷元素的固体电解质按照化学计量比进行球磨得到混合物A；步骤二、向球磨的混合物A加入磷酸二氢锂，得到混合物B；步骤三、混合物B放入反应釜，惰性气体氛围煅烧，煅烧后退火，冷却，得到粉末状目标锂离子电池正极材料。
[0012]优选磷酸二氢锂与碳粉的摩尔比为1：（1至1.2）。本专利技术使用过量的碳粉保证磷酸二氢锂的充分还原。
[0013]优选步骤三煅烧温度为670
‑
790℃；煅烧时间5小时至7小时。本专利技术利用煅烧温度和煅烧时间的控制保证煅烧充分，提高目标产物的产量，同时保证生产效率。
[0014]进一步优选步骤三煅烧温度为720℃；煅烧时间6小时。
[0015]本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池，本专利技术有效改善循环寿命，改善电池温升。
[0016]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种锂离子电池，具有本专利技术所述的锂离子电池正极材料。
[0017]通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术制备锂离子电池正极材料的反应式为：LiH2PO4+C+Fe2O3+MCMB+Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4→
LiFePO4‑
Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4‑
MCMB+CO2+H2O；本专利技术的制备方法利用反应物中C粉作为还原剂，煅烧形成CO2，Fe2O3提供铁源，与磷酸二氢锂先形成磷酸铁，进一步结合锂离子形成磷酸铁锂，同时脱去水分子；LiFePO4的形成过程结合P元素间接链接Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4，二者共用P元素，形成稳定的LiFePO4‑
Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4，于此同时，MCMB分散于LiFePO4‑
Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4之间，MCMB具有碳元素的吸附性，可吸附存在于LiFePO4‑
Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4表面及缝隙之中，高温煅烧促进MCMB更牢固的附着于LiFePO4‑
Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4，形成改善离子传导性和电子传导性的锂离子电池正极材料。
[0018]本专利技术在锂离子电池基本组织结构层面上提升导电子的能力，用固态电解质提升导离子的能力，从而得到导电率高的复合正极材料，有助于提升所得锂离子电池的循环寿命，同时降低循环过程中的电池自发热现象。
[0019]从而实现本专利技术的上述目的。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1至5以及对比例所得锂离子电池的循环曲线。
具体实施方式
[0021]为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于：包括磷酸铁锂、含有磷元素的固体电解质和中间相碳微球；其中，LiFePO4和固体电解质经过烧结通过磷元素相互键合；中间相碳微球吸附存在于LiFePO4和固体电解质表面及缝隙。2.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：含有磷元素的固体电解质为Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4。3.如权利要求2所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：LiFePO4、间相碳微球Li4‑
x
Ge1‑
x
P
x
S4的摩尔比是0.5：（0.05至0.2）：（0.1至0.3）。4.如权利要求2所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：Li4‑
x
Ge1‑
x
P

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓玉，李炳江，
申请(专利权)人：常州赛得能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：