磷酸铁锂正极材料、其制备方法、正极极片、锂离子电池、电池模块、电池包和用电装置制造方法及图纸

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包括磷酸铁锂基体和包覆层，所述包覆层选自氧化硼、氧化硅和氧化铝中的一种，所述包覆层与磷酸铁锂基体的质量比为0.01

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂正极材料、其制备方法、正极极片、锂离子电池、电池模块、电池包和用电装置


[0001]本申请涉及锂电池材料领域，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法，以及包含该磷酸铁锂正极材料的正极极片、锂离子电池、电池模块、电池包和用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着锂离子电池的应用范围越来越广泛，锂离子电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于锂离子电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和安全性能等也提出了更高的要求。
[0003]磷酸铁锂作为一种锂离子电池正极材料具有理论容量高，充放电压稳定并且来源及其广泛，具备大规模应用的条件。然而，磷酸铁锂材料制备过程中残余的锂源，如LiOH、Li2CO3或者LiHCO3，会使得材料表面偏碱性(pH大约在9
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10)，进而使磷酸铁锂具有更强的吸潮性，制备的极片含水量不易控制，最终难以烘干除去的杂质水在电池使用过程中会加速副反应的发生，电池使用寿命大大降低。此外，正极的调浆过程中，磷酸铁锂材料表面的残碱会诱发粘结剂发生消去反应，进而分子间交联，导致正极浆料粘度增大甚至化学凝胶。因此，需要采取一定策略来降低磷酸铁锂材料表面的碱性，提升其加工性能与材料稳定性，从而提高磷酸铁锂体系锂离子电池的性能。

技术实现思路

[0004]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种具有降低的表面pH和提高的压实密度的磷酸铁锂正极材料，以相对于现有的磷酸铁锂正极材料而言在能量密度、电池循环性能方面获得提升，并提供磷酸铁锂正极材料的制备方法以及包含本申请磷酸铁锂正极材料的正极极片、锂离子电池、电池模块、电池包和用电装置。
[0005]为了达到上述目的，本申请的第一方面提供了一种磷酸铁锂正极材料，包括磷酸铁锂基体和包覆层，所述包覆层选自氧化硼、氧化硅和氧化铝中的一种，所述包覆层与磷酸铁锂基体的质量比为0.01
‑
1.18: 100，优选为0.05
‑
0.87:100。
[0006]由此，本申请的磷酸铁锂正极材料中的包覆层能够结合磷酸铁锂基体表面上的残碱，降低材料表面pH，从而提升磷酸铁锂正极材料的加工性能，降低材料的吸潮性，降低浆料化学凝胶风险，提高浆料稳定性和分散性，使得由其制备的锂离子电池获得了显著改善的循环性能。
[0007]在任意实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料的中值粒径为 2.1
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2.5μm。
[0008]由此，本申请的磷酸铁锂正极材料具有较大的中值粒径，提高了磷酸铁锂正极材料的压实密度，获得了改善的克容量，从而使得由其制备的锂离子电池的能量密度提升。
[0009]本申请的第二方面提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0010](S1)将包覆层的前驱物分散在水中，随后加入磷酸铁、锂源、碳源以及适量水，继续分散，经干燥，得到混合均匀的粉体，其中包覆层的前驱物选自四甲基铵硅酸盐、硼酸、氯化铝中的一种，包覆层的前驱物与磷酸铁的质量比为0.02
‑
1.2:100，优选为0.1
‑
0.9:100；
[0011](S2)将步骤(S1)得到的混合均匀的粉体进行两段式烧结以获得磷酸铁锂正极材料：
[0012](S2
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A)在惰性气氛的吹扫下，以升温速率为1
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5℃/min进行升温，在温度为180
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250℃下烧结1
‑
5h；
[0013](S2
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B)在惰性气氛中，在温度为650
‑
750℃下烧结8
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12h。
[0014]在任意实施方式中，所述制备方法还包括步骤(S3)，所述步骤 (S3)为将步骤(S2)获得的磷酸铁锂正极材料采用气流粉碎的方法进行破碎。
[0015]由此，本申请的制备方法获得的磷酸铁锂正极材料具有改善的表面 pH和提高的压实密度，磷酸铁锂正极材料的加工性能得到改善，材料的吸潮性降低，调浆时不易发生凝胶风险，浆料稳定性和分散性得到改善，使得由其制备的锂离子电池在能量密度、循环性能方面获得提升。
[0016]在任意实施方式中，在所述步骤(S2
‑
A)中，升温速率为2
‑
4℃ /min，烧结温度为200
‑
230℃，烧结时间为2
‑
4h。
[0017]由此，通过控制步骤(S2
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A)中的升温速率、烧结温度、烧结时间，能够在磷酸铁锂基体表面形成均匀致密的包覆层，使得获得的磷酸铁锂正极材料一致性高，具有改善的表面pH和提高的压实密度，从而由其制备的锂离子电池具有改善的能量密度和/或循环性能。
[0018]在任意实施方式中，在所述步骤(S2
‑
B)中，以升温速率为5
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8 ℃/min进行升温。由此，能够改善锂离子电池的能量密度和/或循环性能。
[0019]在任意实施方式中，所述惰性气氛为氩气或氮气。
[0020]在任意实施方式中，在所述步骤(S2
‑
A)中，用流速为1
‑
4mL/min 的惰性气氛吹扫。由此，能够改善锂离子电池的能量密度和/或循环性能。
[0021]在任意实施方式中，在所述步骤(S1)中，以磨砂分散的方式将所述包覆层的前驱物分散在水中，随后加入的磷酸铁、锂源、碳源以及适量水继续进行磨砂分散。由此，包覆层的前驱物通过化学吸附或物理吸附而均匀分散附着在锂源与磷酸铁颗粒表面，使得磷酸铁锂正极材料具有降低的表面pH和提高的压实密度，加工性能得到改善，从而由其制备的锂离子电池具有改善的能量密度和循环性能。
[0022]在任意实施方式中，在所述步骤(S1)中，采用离心喷雾法进行干燥。由此，获得的磷酸铁锂正极材料一致性高。
[0023]在任意实施方式中，所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或几种。
[0024]在任意实施方式中，所述碳源为蔗糖、葡萄糖、淀粉、聚乙二醇中的一种或几种。
[0025]由此，通过锂源和碳源的选择，能够改善磷酸铁锂正极材料的性能。
[0026]本申请的第三方面提供一种正极极片，其包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层，所述正极膜层包括本申请第一方面的磷酸铁锂正极材料或根据本申请第二方面的方法制备的磷酸铁锂正极材料，并且所述磷酸铁锂正极材料在所述正极膜层中的含量为10重量％以上，基于所述正极膜层的总重量计。
[0027]在任意实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料在所述正极膜层中的含量为95
‑
99.5重量％，基于所述正极膜层的总重量计。
[0028]本申请的第四方面提供一种锂离子电池，其包括本申请第一方面的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，包括磷酸铁锂基体和包覆层，所述包覆层选自氧化硼、氧化硅和氧化铝中的一种，所述包覆层与磷酸铁锂基体的质量比为0.01
‑
1.18:100，优选为0.05
‑
0.87:100。2.根据权利要求1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中值粒度为2.1
‑
2.5μm。3.一种如权利要求1或2的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(S1)将包覆层的前驱物分散在水中，随后加入磷酸铁、锂源、碳源以及适量水，继续分散，经干燥，得到混合均匀的粉体，其中包覆层的前驱物选自四甲基铵硅酸盐、硼酸、氯化铝中的一种，包覆层的前驱物与磷酸铁的质量比为0.02
‑
1.2:100，优选为0.1
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0.9:100；(S2)将步骤(S1)得到的混合均匀的粉体进行两段式烧结以获得磷酸铁锂正极材料：(S2
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A)在惰性气氛的吹扫下，以升温速率为1
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5℃/min进行升温，在温度为180
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250℃下烧结1
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5h；(S2
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B)在惰性气氛中，在温度为650
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750℃下烧结8
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12h。4.根据权利要求3的方法，其特征在于，还包括步骤(S3)，所述步骤(S3)为将步骤(S2)获得的磷酸铁锂正极材料采用气流粉碎的方法进行破碎。5.根据权利要求3或4的方法，其特征在于，在所述步骤(S2
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A)中，升温速率为2
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4℃/min，烧结温度为200
‑
230℃，烧结时间为2
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4h。6.根据权利要求3或4的方法，其特征在于，在所述步骤(S2
‑
B)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹子伊，凌洋芳，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：