[发明专利]一种低温型磷酸铁锂正极材料、其制备方法以及应用

说明书

本发明公开了一种低温型磷酸铁锂正极材料、其制备方法以及应用，该制备方法主要步骤有：将蜂窝状磷酸铁、锂源和糖类物质与水混合后，砂磨获得分散液；将分散液进行喷雾干燥，获得前驱体；将所述前驱体在保护气氛下进行烧结，同时将层状Li‑Al双金属氢氧化物通过干粉喷粉的方式参与烧结，制得低温型磷酸铁锂正极材料。本发明以蜂窝状磷酸铁作为原材料，利用层状双金属氢氧化物(Li‑Al LDH)在磷酸铁锂正极材料的制备过程中形成一种特殊的层间结构，从而极大的改善磷酸铁锂正极材料的低温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种低温型磷酸铁锂正极材料的制备方法，还涉及由该制备方法制得的低温型磷酸铁锂正极材料，以及该低温型磷酸铁锂正极材料在锂离子电池中的应用。

背景技术

LiFePO₄电极材料具有比容量高、工作电压稳定、成本低及环境友好等优点，被视为理想的锂离子电池正极材料，是目前电动汽车主要正极材料之一。

然而在低温下LiFePO₄电池性能显著降低，限制了其在冬季和高寒地区中的使用。许多科研工作者对锂离子电池低温下性能加速衰减现象进行了机理研究，认为主要是活性锂的沉积及其催化生长的固态电解质界面，导致了电解质中离子电导率的降低和电子迁移速率的下降，这种下降导致锂离子电池容量和功率的降低，有时甚至导致电池性能故障。锂离子电池的低温工作环境主要发生在冬季以及高纬度、高海拔地区，那里的低温环境会影响锂离子电池的性能和寿命，甚至引发极为严重的安全问题。并且受低温影响，石墨嵌锂速度降低，容易在负极表面析出金属锂形成锂枝晶，穿刺隔膜，造成电池内部短路。因此，提高锂离子电池低温性能的办法对于在高寒地区推广使用电动汽车具有重要意义。

现有的改善磷酸铁锂电池低温性能主要方法包括材料纳米化、金属掺杂、碳包覆等，其效果不明显，且在使用过程中容易造成材料结构坍塌，降低其循环使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种低温型磷酸铁锂正极材料的制备方法，以蜂窝状磷酸铁作为原材料，利用层状双金属氢氧化物(Li-Al LDH)在磷酸铁锂正极材料的制备过程中形成一种特殊的层间结构，从而极大的改善磷酸铁锂正极材料的低温性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明首先提供了一种低温型磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将蜂窝状磷酸铁、锂源和糖类物质与水混合，砂磨获得分散液；

将分散液进行喷雾干燥，获得前驱体；

将所述前驱体在保护气氛下进行烧结，同时将层状Li-Al双金属氢氧化物通过干粉喷粉的方式参与烧结，制得低温型磷酸铁锂正极材料。

进一步方案，所述蜂窝状磷酸铁和锂源比例按照Fe和Li的化学计量比为1：(1-1.1)获得，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂中的一种或两种的混合。

进一步方案，所述砂磨采用高能球磨的方式，球磨时间为1-4h。

进一步方案，所述分散液的粒度D50在200-300nm。

进一步方案，所述糖类物质选自葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉中的一种或两种的混合；所述糖类物质的加入量控制在磷酸铁锂烧结后碳含量1.0-1.3wt％。

进一步方案，所述保护气氛选自高纯氮气、高纯氦气、高纯氩气中的一种或两种以上的混合。

进一步方案，所述层状Li-Al双金属氢氧化物的层间距为0.1-1.5nm。

进一步方案，所述烧结采用分步烧结，所述分步烧结具体为：于300-450℃预烧，再于700-800℃高温烧结。

本发明还提供了一种低温型磷酸铁锂正极材料，采用如前述任一项所述的制备方法制得。