磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体公开了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将聚乙二醇

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂材料凭借着优异的安全性能和低廉的价格，在电池市场占据了一席之地
。
电池分为动力电池
(
要求较高的能量密度，即要求正极材料的压实密度较高
)
和储能电池
。
动力电池多用在电动自行车，电动汽车等方面，为方便携带对材料的能量密度要求较高
(
即单位重量或单位体积可挥发较多的容量
)
，其循环性能较差
。
因此动力电池要求所用的电池正极材料压实密度较高且侧重正极材料的倍率性能
。
但由于较低的电子电导率
(10
‑9S/cm)
和离子电导率
(10
‑
13
‑
10
‑
16
S/cm)
制约其大电流充放电的能力
。
为了解决这一问题，人们提出了多种办法来提升磷酸铁锂材料的倍率性能，这其中纳米化是一种非常有效的方法，通过制备纳米
LFP
颗粒可以有效地缩短离子扩散的距离，从而达到提升
LFP
倍率性能的目的
。
虽然纳米化能够有效地提升
LFP
材料的倍率性能，但是同时也会带来一系列的问题，例如压实密度降低，影响电池的能量密度的问题
。/>[0003]然而对于储能电池，与动力电池不同的是，绝大多数储能装置无需移动，因此能量密度并不是储能锂电池的直接追求目标
。
储能电池设备强调电池容量，尤其要求使用寿命
(
新能源汽车即动力电池的寿命一般在5‑8年，而储能电池项目的寿命一般都希望大于
10
年
。
动力电池的循环次数寿命在
1000
‑
2000
次，而储能锂电池的循环次数寿命一般要求能够大于
3500
次
。)
更长，因此储能电池在满足一定的能量密度的前提下对电池正极材料循环性能要求较高
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一
。
为此，本专利技术的一个目的在于提出一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用，该磷酸铁锂正极材料压实密度较高，将其应用在锂离子电池上，可以提高锂离子电池扣电的放电比容量
、
倍率和循环性能
。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种磷酸铁锂正极材料，磷酸铁锂正极材料掺杂有掺杂剂，且掺杂剂中高价态的掺杂元素占磷酸铁锂正极材料质量的
1000
‑
2500ppm。
通过高价态的掺杂元素可以抑制颗粒长大，从而缩短锂离子传输路径，提高放电比容量，提高材料的能量密度
。
[0006]另外，根据本专利技术上述实施例的磷酸铁锂正极材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0007]在本专利技术的一些实施例中，在两吨的压力条件下，磷酸铁锂正极材料的压实密度满足：
2.3g/cm3≤
压实密度
≤2.4g/cm3，能量密度较高，且循环性能高
。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述掺杂剂为
TiO2、V2O5、NbO2中的任意一种
。
[0009]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备方法，用于制备上述磷酸铁锂正极材料
。
根据本专利技术的实施例，包括如下步骤：
[0010]S1、
将聚乙二醇
、
葡萄糖
、
掺杂剂
、
碳酸锂
、FePO4混合后进行砂磨；
[0011]S2、
取
S1
中砂磨后的样本进行粒度检测，粒度合格后出料并进行干燥；
[0012]S3、
取
S2
中干燥后的物料在惰性气体保护下烧结，并对烧结后的物料进行研磨，取研磨后的样本进行粒度检测，粒度合格后出料，得到磷酸铁锂成品；
[0013]在
S2
中，粒度满足：
400nm≤d50≤600nm
；
[0014]在
S3
中，粒度满足：
1.855≤N
＝
L*R/d50≤2.250
；
[0015]其中，
L
＝
(d85
‑
d15)/(d85+d15)
，
R
＝
(D90
‑
D10)/D50
；
[0016]d15、d50
和
d85
分别代表
S2
中砂磨后物料的体积累计分布百分数达到
15
％
、50
％和
85
％时对应的粒径；
D10、D50
和
D90
分别代表
S3
中研磨后物料的体积累计分布百分数达到
10
％
、50
％和
90
％时对应的粒径
。
[0017]根据本专利技术实施例的磷酸铁锂正极材料的制备方法
。
一方面合适的粒度分布可以提高磷酸铁锂成品的压实密度，另一方面，高价态的掺杂元素
(Ti、V、Nb
等
)
可以抑制颗粒长大，从而缩短锂离子传输路径，提高放电比容量，提高材料的能量密度
。
[0018]另外，根据本专利技术上述实施例的磷酸铁锂正极材料的制备方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0019]在本专利技术的一些实施例中，在
S1
中，碳酸锂中
Li
元素和
FePO4中
P
元素的摩尔比＝
(1.003
‑
1.006):1
，聚乙二醇
/FePO4的质量比＝
(5.8
‑
6.5):1
，葡萄糖
/FePO4的质量比＝
(5.8
‑
6.5):1。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，在
S1
中，砂磨是在砂磨机中加水湿磨，砂磨机转速为
900
‑
1100rpm
，砂磨每圈时间为6‑
10min
；
[0021]在
S2
中，取砂磨机砂磨
10
‑
25
圈后的样本用激光粒度仪进行粒度检测
。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，在
S2
中，干燥采用喷雾干燥机，并设置本文档来自技高网...

【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掺杂有掺杂剂，且掺杂剂中高价态的掺杂元素占磷酸铁锂正极材料质量的
1000
‑
2500ppm。2.
根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，在两吨的压力条件下，磷酸铁锂正极材料的压实密度满足：
2.3g/cm3≤
压实密度
≤2.4g/cm3。3.
根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述掺杂剂为
TiO2、V2O5、NbO2中的任意一种
。4.
一种制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1‑3中任一项所述的磷酸铁锂正极材料，所述制备方法包括如下步骤：
S1、
将聚乙二醇
、
葡萄糖
、
掺杂剂
、
碳酸锂
、FePO4混合后进行砂磨；
S2、
取
S1
中砂磨后的样本进行粒度检测，粒度合格后出料并进行干燥；
S3、
取
S2
中干燥后的物料在惰性气体保护下烧结，并对烧结后的物料进行研磨，取研磨后的样本进行粒度检测，粒度合格后出料，得到磷酸铁锂成品；在
S2
中，粒度满足：
400nm≤d50≤600nm
；在
S3
中，粒度满足：
1.855≤N
＝
L*R/d50≤2.250
；其中，
L
＝
(d85
‑
d15)/(d85+d15)
，
R
＝
(D90
‑
D10)/D50
；
d15、d50
和
d85
分别代表
S2
中砂磨后物料的体积累计分布百分数达到
15
％
、50
％和
85
％时对应的粒径；
D10、D50
和
D90
分别代表
S3
中研磨后物料的体积累计分布百分数达到
10
％
、50
％和
90
％时对应的粒径
。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：白艳，马艳梅，崔军燕，李子郯，王涛，杨红新，
申请(专利权)人：锂白新材料科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：