磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及正极材料领域，公开了磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。该磷酸铁锂正极材料的表达式为LiFe1‑

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及正极材料领域，具体涉及磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂正极材料和三元正极材料(NCM和NCA)是目前锂离子电池主要采用的两种正极材料，基于其各自的特点，应用领域有较为明显的区分。磷酸铁锂正极材料具有较好的安全性和长循环使用寿命，因而被广泛应用于大型客车领域，而三元正极材料具有高能量密度，被广泛应用于乘用车领域。
[0003]磷酸铁锂的结构属于正交晶系的橄榄石结构，其在充放电过程中脱嵌锂的体积变化非常小(6.8％)，因而具备极其优异的循环性能，但其较差的电子和离子导电性也导致了其低温和倍率性能较差，难以满足动力电池对低温和倍率的要求。针对磷酸铁锂正极材料的低温性能和倍率性能较差的问题，目前已对此做了很多的改进并且取得了一定的进展，然而，磷酸铁锂正极材料的低温性能和倍率性能与三元正极材料相比仍然具有一定的差距。同时，由于生产过程中引入的铁类杂质导致磷酸铁锂正极材料中的磁性物质的含量较高，使得电池自放电严重甚至存在安全性的问题，这也是目前急需解决的一个关键难题。
[0004]磷酸铁锂的制备方法主要包括固相法和水热合成法(简称“湿法”)，固相法是通过将锂盐、磷源、铁源与碳源通过机械混合方式混合均匀，然后经喷雾、烧结和气碎工艺获得磷酸铁锂正极材料，该方法由于技术较为成熟，且成本较低，制备的磷酸铁锂容量较高，压实较高，目前被绝大多数正极厂家所采用，然而，固相法合成的磷酸铁锂因为颗粒尺寸大，存在低温和倍率性能较差的问题。相比于固相法，湿法合成方法由于获得的磷酸铁锂尺寸较小，低温和倍率性能上具有较大优势，然而，湿法合成技术制备的磷酸铁锂存在较多杂相，合成过程中影响因素较多，一致性较差，所以容量较低，且因存在杂相，磁性物质含量较高，高温和循环性能较差。与固相法相比，湿法合成制得的磷酸铁锂的颗粒尺寸虽然较小，但一次颗粒大多在160nm以上，且团聚较为严重，低温和倍率性能虽较固相法有所提高，但仍难以满足动力电池的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的磷酸铁锂正极材料低温性能较差、倍率性能较差以及磁性物质含量较高的问题，提供一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂正极材料的表达式为LiFe1‑
x
M
x
PO4/C，式中，0＜x≤0.05；M选自Mg、Al、Zr、Ti、Co、V、Mn、Zr、W、Sn、Nb和Mo中的至少一种元素；
[0007]其中，所述磷酸铁锂正极材料的粒径分布满足：(D90
‑
D10)/D50＝1
‑
2.17；所述磷酸铁锂正极材料中磁性物质的含量为850
‑
900重量ppm。
[0008]本专利技术第二方面提供一种制备磷酸铁锂正极材料的方法，该方法包括：
[0009](1)在溶剂的存在下，将锂盐、磷酸和铁盐在惰性气氛条件下混合均匀后进行水热反应，得到第一浆料；
[0010](2)将所述第一浆料进行洗涤，得到第二浆料；
[0011](3)向所述第二浆料中加入有机碳源、分散剂和晶粒生长抑制剂，在惰性气氛条件下进行砂磨，得到第三浆料；
[0012](4)将所述第三浆料与补锂剂混合均匀，然后进行喷雾干燥，得到前驱体；
[0013](5)将所述前驱体进行烧结，烧结产物经气碎处理后，得到磷酸铁锂正极材料。
[0014]本专利技术第三方面提供一种由如上所述的方法制备得到的磷酸铁锂正极材料。
[0015]本专利技术第四方面提供一种锂离子电池，其包括如上所述的磷酸铁锂正极材料。
[0016]通过上述技术方案，本专利技术具有如下优势：
[0017](1)本专利技术的磷酸铁锂正极材料的杂相少，一次颗粒的粒度小，分散性好，粒度分布范围窄，作为锂电池正极材料使用时，有利于提高锂离子电池的低温性能和倍率性能；
[0018](2)本专利技术的磷酸铁锂正极材料的磁性物质的含量低，作为锂离子电池正极材料使用时，有利于降低锂离子电池的自放电，提高锂离子电池的高温储存性能和循环性能；
[0019](3)本专利技术的制备磷酸铁锂正极材料的方法，通过使用分散剂和晶粒生长抑制剂，并结合砂磨，三者之间协同作用，一方面保证了在砂磨过程中产生的小粒度颗粒不团聚，同时防止了其在后续烧结过程中的团聚性生长，避免了其形成熔融大颗粒，另一方面，晶粒生长抑制剂的体相离子掺杂改善了电子电导和离子电导，有利于实现倍率性能的提高，并且通过加入补锂剂，有效降低了磷酸铁锂正极材料中的杂相和磁性物质的含量，有利于改善磷酸铁锂正极材料的自放电性能、高温储存性能和循环性能。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1制得的磷酸铁锂正极材料的扫描电子显微镜(SEM)图，放大倍数为100k；
[0021]图2是本专利技术实施例2制得的磷酸铁锂正极材料的扫描电子显微镜(SEM)图，放大倍数为100k；
[0022]图3是本专利技术实施例3制得的磷酸铁锂正极材料的扫描电子显微镜(SEM)图，放大倍数为100k；
[0023]图4是本专利技术对比例1制得的磷酸铁锂正极材料的扫描电子显微镜(SEM)图，放大倍数为100k。
具体实施方式
[0024]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0025]本专利技术第一方面提供一种磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂正极材料的表达式为LiFe1‑
x
M
x
PO4/C，式中，0＜x≤0.05；M选自Mg、Al、Zr、Ti、Co、V、Mn、Zr、W、Sn、Nb和Mo中的至少
一种元素；
[0026]其中，所述磷酸铁锂正极材料的粒径分布满足：(D90
‑
D10)/D50＝1
‑
2.17；所述磷酸铁锂正极材料中磁性物质的含量为850
‑
900重量ppm。所述磷酸铁锂正极材料粒度小，分散性好，粒径分布范围窄。
[0027]本专利技术一些实施方式中，基于所述磷酸铁锂正极材料的总重量，所述磷酸铁锂正极材料中碳的含量为1
‑
3.5wt％，优选为1.4
‑
3.2wt％。
[0028]本专利技术一些实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料的粒径分布满足：(D90
‑
D10)/D50＝1
‑
2.17，优选地，所述磷酸铁锂正极材料的粒径分布满足：(D90
‑
D10)/D50＝1
‑
1.55。所述磷酸铁锂正极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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的表达式为LiFe1‑
x
M
x
PO4/C，式中，0＜x≤0.05；M选自Mg、Al、Zr、Ti、Co、V、Mn、Zr、W、Sn、Nb和Mo中的至少一种元素；其中，所述磷酸铁锂正极材料的粒径分布满足：(D90
‑
D10)/D50＝1
‑
2.17；所述磷酸铁锂正极材料中磁性物质的含量为850
‑
900重量ppm。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其中，基于所述磷酸铁锂正极材料的总重量，所述磷酸铁锂正极材料中碳的含量为1
‑
3.5wt％，优选为1.4
‑
3.2wt％；优选地，所述磷酸铁锂正极材料中磁性物质的含量为850
‑
885重量ppm；优选地，M选自Ti、V和Nb中的至少一种元素；优选地，所述磷酸铁锂正极材料的粒径分布满足：(D90
‑
D10)/D50＝1
‑
1.55。3.一种制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，该方法包括：(1)在溶剂的存在下，将锂盐、磷酸和铁盐在惰性气氛条件下混合均匀后进行水热反应，得到第一浆料；(2)将所述第一浆料进行洗涤，得到第二浆料；(3)向所述第二浆料中加入有机碳源、分散剂和晶粒生长抑制剂，在惰性气氛条件下进行砂磨，得到第三浆料；(4)将所述第三浆料与补锂剂混合均匀，然后进行喷雾干燥，得到前驱体；(5)将所述前驱体进行烧结，烧结产物经气碎处理后，得到磷酸铁锂正极材料。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述锂盐、磷酸和铁盐的用量满足：锂元素、磷元素和铁元素的摩尔比为2.8
‑
3.2：1：1；以所述第二浆料的干基计，所述有机碳源用量为8
‑
16wt％；以所述第二浆料的干基计，所述分散剂的用量为0.5
‑
5wt％；以所述第二浆料的干基计，所述晶粒生长抑制剂的用量为0.1
‑
6wt％，优选为0.3
‑
5wt％；以所述第三浆料的干基计，所述补锂剂的用量为0.2
‑
5.5wt％，优选为0.5
‑
5wt％。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述锂盐选自氯化锂、硫酸锂、氢氧...

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