一种复合磷酸盐系正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合磷酸盐系正极材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种复合磷酸盐系正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池应用领域，涉及一种复合磷酸盐系正极材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种高性能的复合磷酸铁锂正极材料
、
其制备方法
、
正极和锂离子电池
。

技术介绍

[0002]磷酸盐系正极材料以其生产成本低
、
高安全性
、
长循环寿命的优势受到了动力车市场的青睐，但在其应用过程中也面临着一系列问题
。
以磷酸铁锂为例，磷酸铁锂正极材料导电性差
、
低温性能差
、
能量密度低
、
不能满足快充性能，这一系列问题限制了其在动力车市场应用前景
。
[0003]目前，主要通过正极材料表面包覆碳，材料纳米化，来提升其导电性
。
[0004]但是，现有的碳包覆方法以及材料纳米技术使正极材料的比表面积
(BET)
增大，导致加工困难，增大其应用成本
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合磷酸盐系正极材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种高性能的复合磷酸铁锂正极材料
、
其制备方法
、
正极和锂离子电池
。
本专利技术解决了磷酸盐系正极材料导电性差，低温性能差，容量发挥低的问题，同时，正极材料的比表面积合适，加工性能好，成本低
。
[0006]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种复合磷酸盐系正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]制备磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒；
[0009]利用
ALD
法，在所述磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的表面包覆固态电解质，得到包覆后的纳米级一次颗粒；
[0010]对所述包覆后的纳米级一次颗粒进行高温烧结，获得二次颗粒形貌的复合磷酸盐系正极材料
。
[0011]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果
。
[0012]优选地，所述磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的粒径
D50
为
40nm
‑
100nm。
[0013]优选地，所述制备磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的方法为水热法
。
[0014]优选地，所述水热法中，水热温度为
200℃
‑
300℃
，水热时间为
10h
‑
25h。
[0015]优选地，所述固态电解质为硫化物固态电解质
。
[0016]优选地，所述硫化物固态电解质为
Li3PS4。
[0017]优选地，所述固态电解质的包覆量为
10
％
‑
30
％
。
[0018]优选地，所述在所述纳米级磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的表面包覆固态电解质的方法包括以下步骤：
[0019]向原子层沉积
ALD
反应器中加入所述的磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒，抽真空并升温至
175℃
‑
205℃
；以载气为载体携带固态电解质的混合物前体蒸汽通入
5s
‑
20s
并扩散
20s
‑
40s
，使其沉积在磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒表面上；再通入吹扫气吹扫
10s
‑
30s
，使其表面颗粒的物理吸附及副反应产物吹离，仅留下一层化学吸附层；以上述工序为1个循环，共进行
n
个循环，
n≥1
，从而形成固态电解质包覆层
。
[0020]优选地，所述固态电解质的混合物前体为硫化物固态电解质的混合物前体；
[0021]优选地，所述硫化物固态电解质的混合物前体包括
Li
源
、S
源和
P
源，所述混合物前体中
Li
：
P
：
S
摩尔比＝
3:1:4。
[0022]优选地，所述
Li
源为
LiOH
和
LiOC(CH3)3中的一种，所述
S
源为
H2S
，所述
P
源为
TMP。
[0023]优选地，所述固态电解质层的厚度为
0.5nm
‑
1.0nm。
[0024]优选地，所述载气和
/
或所述吹扫气为氮气
。
[0025]优选地，所述高温烧结的温度为
750℃
‑
900℃。
[0026]优选地，所述高温烧结的时间为
10h
‑
20h。
[0027]优选地，对高温烧结得到的物料进行粉碎
。
[0028]优选地，所述粉碎为气流粉碎
。
[0029]优选地，所述粉碎后进行分级
。
[0030]优选地，所述二次颗粒形貌的复合磷酸盐系正极材料的粒径
D50
为5μ
m
‑
12
μ
m。
[0031]作为本专利技术所述制备方法的一个优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
[0032]将铁盐和磷酸盐溶于水中，得到混合溶液，其中，铁盐中的铁与磷酸盐中的磷的摩尔比为
1:1
；
[0033]将上述的混合溶液放入高压反应釜中进行水热反应，水热温度为
200℃
‑
300℃
，时间为
6h
‑
14h
，将获得的产物用水洗涤，将产物加入锂源的水溶液继续进行水热反应，水热温度为
200℃
‑
300℃
，时间为
4h
‑
12h
，将水热反应后得到的物料进行过滤
、
洗涤和烘干，得到磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒，其中，所述锂源的水溶液的浓度为
1mol/L
‑
3mol/L
，所述锂源中的锂与所述铁盐中的铁的摩尔质量比为
1.01
‑
1.05
；
[0034]向原子层沉积
ALD
反应器中加入所述的磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒，抽真空并升温至
175℃
‑
205℃
；以载气为载体携带硫化物固态电解质的混合物前体蒸汽通入
5s
‑
20s
并扩散
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合磷酸盐系正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：制备磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒；利用
ALD
法，在所述磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的表面包覆固态电解质，得到包覆后的纳米级一次颗粒；对所述包覆后的纳米级一次颗粒进行高温烧结，获得二次颗粒形貌的复合磷酸盐系正极材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的粒径
D50
为
40nm
‑
100nm
；优选地，所述制备磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的方法为水热法；优选地，所述水热法中，水热温度为
200℃
‑
300℃
，水热时间为
10h
‑
25h。3.
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述固态电解质为硫化物固态电解质；优选地，所述硫化物固态电解质为
Li3PS4；优选地，所述固态电解质的包覆量为
10
％
‑
30
％
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在所述纳米级磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒的表面包覆固态电解质的方法包括以下步骤：向原子层沉积
ALD
反应器中加入所述的磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒，抽真空并升温至
175℃
‑
205℃
；以载气为载体携带固态电解质的混合物前体蒸汽通入
5s
‑
20s
并扩散
20s
‑
40s
，使其沉积在磷酸盐系正极材料的纳米级一次颗粒表面上；再通入吹扫气吹扫
10s
‑
30s
，使其表面颗粒的物理吸附及副反应产物吹离，仅留下一层化学吸附层；以上述工序为1个循环，共进行
n
个循环，
n≥1
，从而形成固态电解质包覆层；优选地，所述固态电解质的混合物前体为硫化物固态电解质的混合物前体；优选地，所述硫化物固态电解质的混合物前体包括
Li
源
、S
源和
P
源，所述混合物前体中
Li
：
P
：
S
摩尔比＝
3:1:4
；优选地，所述
Li
源为
LiOH
和
LiOC(CH3)3中的一种，所述
S
源为
H2S
，所述
P
源为
TMP
；优选地，所述固态电解质层的厚度为
0.5nm
‑
1.0nm
；优选地，所述载气和
/
或所述吹扫气为氮气
。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结的温度为
750℃
‑
900℃
；优选地，所述高温烧结的时间为
10h
‑
20h
；优选地，对高温烧结得到的物料进行粉碎；优选地，所述粉碎为气流粉碎；优选地，所述粉碎后进行分级；优选地，所述二次颗粒形貌的复合磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚美，马晓丽，芦佳雪，郭建，申津婧，高秀玲，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：