一种高能量密度磷酸铁锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高能量密度磷酸铁锂正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度磷酸铁锂正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池用的高能量密度磷酸铁锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池领域
。

技术介绍

[0002]近年来新能源汽车呈现爆炸式增长，作为新能源汽车动力核心的锂离子电池的需求量也随之迅猛增加
。
作为传统燃油车取代者的新能源汽车，其续航里程一直是人们关心的焦点问题
。
近年来新能源电池技术飞速发展，
BYD
公司推出的刀片电池技术，
CATL
公司推出的
CTP
技术，大大提升了磷酸铁锂电池的能量密度，使得装配有磷酸铁锂电池的电动汽车的续航里程得到大幅度提升，满足了人们对电动汽车续航的要求
。
同时，相对于镍钴锰酸锂电池来讲，磷酸铁锂电池循环寿命更长
、
安全性更好
、
价格更低，因此磷酸铁锂电池中新能源汽车中的应用占比越来越高，成为最受欢迎的锂离子电池正极材料
。
[0003]磷酸铁锂材料的固有性质决定了其离子电导和电子电导较差，为满足实际使用要求，一般会对磷酸铁锂正极材料进行碳包覆提升电子电导，同时将磷酸铁锂材料颗粒进行纳米化来提升离子电导，由此导致了磷酸铁锂材料的压实密度通常相对较低
。
更高的续航里程一直是电动汽车不变的追求，因此也要求磷酸铁锂正极材料要具备更高的能量密度
。
专利
CN104752716B
中，将磷源
、
铁源
、
锂源制备成混合水溶液，同时加入特定表面活性剂，通过调节
pH
结合特定烧结制度，合成了颗粒粒径小
、
颗粒均匀
、
电化学性能好的磷酸铁锂材料，具有较高的能量密度
。
但是由于液相合成法过程复杂，难以大批量工业化生产，同时偏小的颗粒粒径也限制了其压实密度，难以达到更高的能量密度要求
。
专利
CN106602061B
中，通过颗粒球形化制备了高压实密度的磷酸铁锂材料，但所得到的磷酸铁锂球形颗粒是由众多纳米二次颗粒团聚而成，颗粒结合并不紧密，在实际电池制备中，极片辊压后会导致球形颗粒破碎，该球形颗粒内部无法与导电剂
、
粘结剂充分接触，从而在使用时导致性能恶化
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有的磷酸铁锂正极材料压实密度偏低的问题，本专利技术提供一种高压实密度的磷酸铁锂正极材料及其制备方法
。
该磷酸铁锂材料具有较高的压实密度，且制备方法简单易操作，适合应用于大规模产业化生产
。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将含有不同含量掺杂元素的无水磷酸铁
A、B
，分别与碳源
、
锂源
、
改性添加剂和溶剂充分搅拌混合均匀，并分别进行研磨，得到不同粒度的浆料
A
’
和
B
’
；
[0008]将浆料
A
’
和
B
’
按照一定比例进行混合，并通过喷雾干燥，得到粉末；
[0009]将粉末在惰性气氛下烧结，再经研磨
、
过筛，得到磷酸铁锂正极材料
。
[0010]进一步地，上述掺杂元素可以是
Al、Mg、Zr、Ti、V
等的一种或几种
。
[0011]进一步地，无水磷酸铁
A
中掺杂元素的含量
(
质量分数
)
为0～
0.2
％，无水磷酸铁
B
中掺杂元素的含量
(
质量分数
)
为
0.2
％～2％
。
[0012]进一步地，上述无水磷酸铁
A
的微晶尺寸在
100
～
200nm
，无水磷酸铁
B
的微晶尺寸在
50
～
100nm。
所述微晶尺寸是通过
XRD
精修后拟合计算所得
。
[0013]进一步地，上述浆料
A
’
的研磨粒度是所用无水磷酸铁
A
微晶尺寸的3～5倍，浆料
B
’
的研磨粒度范围是所用无水磷酸铁
B
微晶尺寸的1～3倍，且浆料
B
’
和浆料
A
’
的粒度比不超过
0.8。
[0014]进一步地，上述混合浆料中，浆料
A
’
中磷酸铁占浆料
A
’
和
B
’
中全部磷酸铁的比例不超过
40
％
。
[0015]进一步地，上述锂源为碳酸锂
、
氢氧化锂
、
碳酸氢锂
、
醋酸锂
、
草酸锂的一种
。
碳源为葡萄糖
、
蔗糖
、
果糖
、
聚乙二醇
、
聚乙烯
、
聚丙烯的一种或几种
。
上述溶剂为水
、
甲醇
、
乙醇或丙酮
。
[0016]进一步地，上述改性添加剂为含有
Al、Mg、Zr、Ti、V
等元素的纳米氧化物
、
氢氧化物，也可以是含有以上元素的无机盐或有机化合物
。
[0017]进一步地，上述锂源与磷酸铁的摩尔比为
(0.49
～
0.55):1
；所述碳源占所述磷酸铁的质量的2％～
20
％；所述改性添加剂与磷酸铁的质量比不超过5％；所述溶剂相对于所述磷酸铁
、
锂源
、
碳源
、
改性添加剂的质量总和的比例为
(0.2
～
3):1。
[0018]进一步地，所述烧结的条件为
650
～
850℃
烧结5～
30h。
[0019]进一步地，所述惰性气氛包括氮气气氛
。
[0020]本专利技术还提供一种采用上述方法制备的磷酸铁锂正极材料
。
[0021]本专利技术在实验中发现在磷酸铁中掺杂一定量的其他金属元素，可以改变其烧结时的反应活性
。
另外，也发现不同晶粒尺寸的磷酸铁在烧结时的反应活性也有较大的差异
。
本专利技术综合以上发现，将不同掺杂量
、
不同晶粒尺寸的磷酸铁原材料制备成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有不同含量掺杂元素的无水磷酸铁
A、B
，分别与碳源
、
锂源
、
改性添加剂和溶剂充分搅拌混合均匀，并分别进行研磨，得到不同粒度的浆料
A
’
和
B
’
；将浆料
A
’
和
B
’
按照一定比例进行混合，并通过喷雾干燥，得到粉末；将粉末在惰性气氛下烧结，再经研磨
、
过筛，得到磷酸铁锂正极材料
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺杂元素是
Al、Mg、Zr、Ti、V
中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无水磷酸铁
A
中掺杂元素的质量分数为0～
0.2
％，所述无水磷酸铁
B
中掺杂元素的质量分数为
0.2
％～2％
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无水磷酸铁
A
的微晶尺寸在
100
～
200nm
，无水磷酸铁
B
的微晶尺寸在
50
～
100nm。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料
A
’
的研磨粒度是无水磷酸铁
A
微晶尺寸的3～5倍，所述浆料
B
’
的研磨粒度是无水磷酸铁
B
微晶尺寸的1～3倍，且浆料
B
’
和浆料
A
’
的粒度比不超...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩坤明，张洪涛，刘彦麟，于永利，李淼，雷敏，宋爽洁，杨新河，周恒辉，
申请(专利权)人：北京泰丰先行新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：