[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料、其制备方法及用途

说明书

本发明提供一种磷酸铁锂正极材料、其制备方法及用途，所述制备方法包括：将碳源、磷酸锂、磷酸铁、三氧化二铁和催化剂混合制浆，随后依次经干燥和烧结后得到磷酸铁锂正极材料。所述磷酸铁锂正极材料为橄榄石型结构，所述磷酸铁锂正极材料经XRD精修后的晶粒尺寸为80～120nm，晶胞体积为其中晶胞体积为晶粒尺寸为S(nm)，V与S满足关系式V＝2S+K，50.6≤K≤50.7或130.6≤K≤130.7。本发明通过对原料成本的控制、材料合成过程催化及表面修饰，不仅降低了磷酸铁锂材料的生产成本，而且还提供了材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及一种磷酸铁锂正极材料、其制备方法及用途。

背景技术

锂离子电池作为新一代绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等优点而被广泛应用。

磷酸铁锂作为新-代锂离子电池正极材料，因其价格低廉，理论容量较高，工作电压平稳，无毒环保，结构稳定，安全性好、热稳定性好和超长的循环寿命而成为当前研究的热点。随着锂离子电池的发展，应用领域不断拓展，需求量与日俱增。但是高昂的价格阻碍锂离子电池的发展，降成本已成为当下锂电企业生存发展的重要使命。

磷酸铁锂材料的制备方法主要是使用单一的磷酸铁或氧化铁和锂源进行混合制成，由于采用单一的铁源制备锂电池则有诸多局限，如采用磷酸铁作为铁源而制备的锂电池性能优异，但价格成本较高；而仅采用氧化铁作为铁源，虽价格较低但材料性能较差，进而影响电池性能。

CN111313011A公开了一种低成本高性能磷酸铁锂的制备方法，首先将铁源预先高能粉碎及纳米化，然后按照摩尔比(1.01～1.03):1:1称取锂源、铁源、磷源，掺入摩尔占比0.01～0.02的钛源或镁源，再加入质量分数4～10％的碳源，高能粉碎及充分混合；再将混合后的材料压片造粒，得到片状前驱体；然后将前驱体放入窑炉中烧结，惰性气体氛围保护下，控制升温在0.5～4H内升至730℃，后730℃下保温煅烧0.5～4H，后随炉冷却至室温，得到碳包覆的磷酸铁锂材料；最后将制得的磷酸铁锂先破碎，后经粉碎、筛分、除铁得到颗粒近似正态分布的磷酸铁锂成品。

CN110970618A公开了一种低成本磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括如下步骤，将碳酸锂、铁源、掺杂元素源进行混合，且锂元素、铁元素以及掺杂元素的摩尔比为0.95～1.05:0.95～1.05:0～0.05，加入有机碳源，得到混料A，其中铁源为三氧化二铁与磷酸铁的混合物；将磷酸加入纯水中进行稀释后，加入混料A进行球磨，再加入纳米石墨导电剂分散均匀，然后转入砂磨进行研磨，经喷雾干燥，得到物料B；其中，磷元素与锂元素的摩尔比为0.95～1.05:0.95～1.05；将物料B置于气氛炉中，在惰性气氛下升温，升温至550～750℃恒温烧结5～12小时，冷却后得到磷酸铁锂烧结料C；将烧结料C进行气流粉碎，得到磷酸铁锂正极材料。

CN113582152A公开了一种低成本锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：S1、将磷源、醋酸钠加入水中，并调节所得溶液的pH在3～5.5，得到溶液A；将可溶的二价铁盐、部分碳源加入水中，并调节所得溶液的pH在3～5.5，得到溶液B；S2、将溶液A和溶液B分散混合，然后加入剩余碳源，分散循环；S3、加入锂源分散混合、分散循环得到混合液；S4、喷雾干燥得到前驱体粉末，置于惰性气氛下高温烧结，得到磷酸铁锂材料。本发明采用易于制取、价格便宜的二价铁源作为前驱体，“原位等价”的“亚铁”工艺制备性能优异的磷酸铁锂正极材料，有效调控磷酸铁锂材料的粒径和粒径分布，从而提升材料的压实密度和电学性能。

目前用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiMO₂及LiFePO₄。这些组成电池正极材料的金属元素中，钴最贵，并且存储量不多，镍、锰较便宜，而铁最便宜。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的，当下如何使磷酸铁锂成本继续降低，值得探究。

发明内容