[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将锂源、铁源、磷源和溶剂混合，进行水热反应，得到磷酸铁锂晶体；(2)对步骤(1)得到的磷酸铁锂晶体进行研磨处理，过筛得到第一粒径磷酸铁锂颗粒和第二粒径磷酸铁锂颗粒；(3)将步骤(2)得到的第一粒径磷酸铁锂颗粒和第二粒径磷酸铁锂颗粒混合得到所述磷酸铁锂正极材料，本发明先在高压绝热的理想环境下通过水热法合成工艺来进行磷酸铁锂晶体的制备，通过掺杂不同特定粒径的磷酸铁锂活性材料，减小扩散阻抗、提高电化学动力学，改善了磷酸铁锂电池的低温倍率放电性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着“碳达峰、碳中和”理念的提出，新能源汽车迎来前所未有的市场需求热浪，而高比能量锂离子电池较差的低温性能是制约其寒冷气候或北方地区应用的一个重大缺陷。对于常规高性能磷酸铁锂电池而言，在同一倍率放电条件下，0℃时的放电容量约为常温容量的60％～70％，-10℃时为40％～50％，-20℃时为20％～40％，这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。因此，改善LFP的低温性能成为动力电池企业、车企、高校等多个行业的一大研究热点。

CN108878797A公开了一种高压实密度磷酸铁锂正极材料及正极极片，将磷酸铁锂加工成纳米颗粒分散液，然后加入包覆剂和导电纳米碳材料，混合后浆料干燥后制备而得磷酸铁锂二次颗粒。其制得磷酸铁锂正极材料的压实密度较高但是压实增大，电解液的浸润变差，这会影响锂离子电池的循环性能和低温性能。

CN103715452A公开了一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池，其采用的正极活性物质为纳米化并经非连续石墨烯结构包覆的磷酸铁锂，其中纳米化磷酸铁锂的中值粒径为5-10nm，石墨烯为3-8层多层石墨烯，包覆面积占磷酸铁锂材料总表面积的40％-70％，其制得的正极极片压实密度较低，导致能量密度较低。

上述方案存在有低温性能和循环性能较差或压实密度较低的问题，因此，开发一种能达到高能量密度与良好电性能平衡的磷酸铁锂正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，本发明先在高压绝热的理想环境下通过水热法合成工艺来进行磷酸铁锂晶体的制备，再通过掺杂不同特定粒径的磷酸铁锂活性材料，增大磷酸铁锂的比表面积，即增加碳包覆的含量，一定程度地改善了电子导电性能；另一方面，可以缩短Li⁺的传输路径，提高Li⁺扩散速率，有效地减小扩散阻抗、提高电化学动力学，明显改善了磷酸铁锂电池的低温倍率放电性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将锂源、铁源、磷源和溶剂混合，进行水热反应，得到磷酸铁锂晶体；

(2)对步骤(1)得到的磷酸铁锂晶体进行研磨处理，过筛得到第一粒径磷酸铁锂颗粒和第二粒径磷酸铁锂颗粒；

(3)将步骤(2)得到的第一粒径磷酸铁锂颗粒和第二粒径磷酸铁锂颗粒混合得到所述磷酸铁锂正极材料；

其中，所述第一粒径磷酸铁锂颗粒的D50为1.02～1.06μm，例如：1.02μm、1.03μm、1.04μm、1.05μm或1.06μm等，所述第一粒径磷酸铁锂颗粒和第二粒径磷酸铁锂颗粒的D50差值为0.19～0.27μm，例如：0.19μm、0.2μm、0.22μm、0.25μm或0.27μm等，所述第二粒径磷酸铁锂颗粒的D90和D10的差值为7.05～7.15μm，例如：7.05μm、7.08μm、7.1μm、7.12μm或7.15μm等。