本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池由于具有高能量、壽命長(zhǎng)等性能優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們生活的各個(gè)方面。根據(jù)使用場(chǎng)景和能量大小可將鋰離子電池分為三類：鋰動(dòng)力電池、鋰消費(fèi)電池及鋰儲(chǔ)能電池。目前鋰動(dòng)力電池主要采用磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料作為正極材料。其中，鎳鈷錳三元材料雖然具有能量密度高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，但由于含有ni、co等貴重金屬，使得其材料成本較高，一般用于高端電動(dòng)車。而磷酸鐵鋰的原料成本低且資源豐度，雖然能量密度相對(duì)較低，但因其在成本方面更具有競(jìng)爭(zhēng)力，可以為中產(chǎn)階層提供價(jià)格更實(shí)惠的車輛，因此被越來(lái)越多的車企選用，市場(chǎng)占有率節(jié)節(jié)攀升。

2、磷酸鐵鋰的制備方法較多，其中常見(jiàn)的有高溫固相法、溶膠-凝膠法、化學(xué)沉淀法等，目前行業(yè)普遍采用高溫固相法進(jìn)行磷酸鐵鋰的制備。而在傳統(tǒng)高溫固相法合成磷酸鐵鋰的過(guò)程中，一般采用碳源對(duì)fe3+進(jìn)行還原并形成碳包覆，但該方法合成磷酸鐵鋰的碳包覆效果較差，且對(duì)fe3+的還原效果不理想，進(jìn)而導(dǎo)致制備得到的磷酸鐵鋰材料的比容量較差。若要在此基礎(chǔ)上分步對(duì)磷酸鐵鋰材料的fe3+還原程度和碳包覆效果進(jìn)行一一優(yōu)化，以獲取具有更佳電化學(xué)性能的磷酸鐵鋰材料，則其操作步驟較為復(fù)雜。基于工藝簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)原則，如何在提升fe3+還原效果的同時(shí)解決固相碳包覆的磷酸鐵鋰表面碳包覆不均勻的問(wèn)題尚未見(jiàn)公開報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有公開如何在提升fe3+還原效果的同時(shí)解決固相碳包覆的磷酸鐵鋰表面碳包覆不均勻的問(wèn)題的缺陷，從而提供解決上述問(wèn)題的一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括：將固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料置于相對(duì)壓力≥1mpa的有機(jī)氣體環(huán)境中并進(jìn)行燒結(jié)處理即得。

4、優(yōu)選地，所述相對(duì)壓力為1-10mpa；

5、和/或，所述燒結(jié)處理的溫度為650-850℃；

6、和/或，所述燒結(jié)處理的時(shí)長(zhǎng)為10-12h；

7、和/或，所述有機(jī)氣體為甲烷或/和乙烷；

8、和/或，所述燒結(jié)處理后還進(jìn)行粉碎處理。

9、優(yōu)選地，所述固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料的制備方法包括：將鋰源與磷酸鐵、碳源、溶劑進(jìn)行共混處理并進(jìn)行干燥處理得到第一前驅(qū)體；

10、將第一前驅(qū)體進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理得到。

11、優(yōu)選地，所述鋰源為碳酸鋰；

12、和/或，所述碳源為葡萄糖或/和蔗糖；

13、和/或，所述溶劑為純水。

14、優(yōu)選地，所述鋰源中鋰元素與磷酸鐵的摩爾比為(1-1.05)：1；

15、和/或，所述碳源與磷酸鐵的摩爾比為0.2：10；在固相碳包覆中，碳無(wú)明確添加比例范圍；

16、和/或，以磷酸鐵的用量為10mol為基準(zhǔn)，所述溶劑的用量為500-1000g。

17、優(yōu)選地，所述共混處理為球磨或/和砂磨；

18、和/或，所述干燥處理為噴霧干燥。

19、優(yōu)選地，所述噴霧干燥的進(jìn)口溫度為160-200℃；

20、和/或，所述噴霧干燥的出口溫度為120-140℃；

21、和/或，所述噴霧干燥的氣氛為惰性氣氛。

22、優(yōu)選地，所述預(yù)燒結(jié)處理的溫度為450-550℃；

23、和/或，所述預(yù)燒結(jié)處理的時(shí)長(zhǎng)為1-4h；

24、和/或，所述預(yù)燒結(jié)處理的氣氛為惰性氣氛。

25、本發(fā)明還提供一種磷酸鐵鋰正極材料，其由上述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法制備得到。

26、本發(fā)明還提供上述的磷酸鐵鋰正極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

27、在本發(fā)明中，所述惰性氣氛為氮?dú)饣?和氬氣。

28、在本發(fā)明中，相對(duì)壓力為真空表壓力，即，內(nèi)部實(shí)際壓力-大氣壓力＝相對(duì)壓力。

29、本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

30、一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括：將固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料置于相對(duì)壓力≥1mpa的有機(jī)氣體環(huán)境中并進(jìn)行燒結(jié)處理即得。在鋰電材料lifepo4合成過(guò)程中，本行業(yè)常用微正壓(防止空氣進(jìn)入爐內(nèi))的方式進(jìn)行燒結(jié)，而固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料碳包覆不均勻，而且在微正壓的環(huán)境下，還原性氣體難以將體相和顆粒內(nèi)核中的fe3+還原為fe2+。對(duì)此，本發(fā)明在高壓環(huán)境下進(jìn)行有機(jī)氣體裂解碳化生成h2和碳單質(zhì)，生成的h2在高壓下能夠?qū)⒐滔嗵及驳牧姿徼F鋰材料中的fe3+還原為fe2+，獲得更加純凈的磷酸鐵鋰材料，同時(shí)生成的碳單質(zhì)致密均勻吸附在材料表面，從而在固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料表面形成均勻碳包覆層。而根據(jù)鋰離子充放電機(jī)理(li+脫嵌后，fex+轉(zhuǎn)變?yōu)閒e3+)可知，lifepo4中fe價(jià)態(tài)越低，所能失去的電子就越多，能夠脫嵌的鋰離子也就越多，材料所獲得的能量越多?；诖?，使用本方法能有效提升磷酸鐵鋰材料的充放電能量。綜合上述技術(shù)手段，通過(guò)本發(fā)明能夠在提升fe3+還原效果的同時(shí)解決固相碳包覆的磷酸鐵鋰表面碳包覆不均勻的問(wèn)題，而且制得的磷酸鐵鋰材料的電阻率顯著降低，磷酸鐵鋰材料的電化學(xué)性能得到顯著提升。

技術(shù)特征：

1.一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，包括：將固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料置于相對(duì)壓力≥1mpa的有機(jī)氣體環(huán)境中并進(jìn)行燒結(jié)處理即得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述相對(duì)壓力為1-10mpa；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料的制備方法包括：將鋰源與磷酸鐵、碳源、溶劑進(jìn)行共混處理并進(jìn)行干燥處理得到第一前驅(qū)體；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鋰源為碳酸鋰；

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述鋰源中鋰元素與磷酸鐵的摩爾比為(1-1.05)：1；

6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述共混處理為球磨或/和砂磨；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述噴霧干燥的進(jìn)口溫度為160-200℃；

8.根據(jù)權(quán)利要求3-7任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述預(yù)燒結(jié)處理的溫度為450-550℃；

9.一種磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，其由上述權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法制備得到。

10.權(quán)利要求9所述的磷酸鐵鋰正極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用。其中，一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括：將固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料置于相對(duì)壓力≥1MPa的有機(jī)氣體環(huán)境中并進(jìn)行燒結(jié)處理即得。本發(fā)明在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行有機(jī)氣體裂解碳化生成H<subgt;2</subgt;和碳單質(zhì)，生成的H<subgt;2</subgt;在高壓下能夠?qū)⒐滔嗵及驳牧姿徼F鋰材料中的Fe<supgt;3+</supgt;還原為Fe<supgt;2+</supgt;，同時(shí)生成的碳單質(zhì)致密均勻吸附在材料表面，從而在固相碳包覆的磷酸鐵鋰材料表面形成均勻碳包覆層。本發(fā)明在提升Fe<supgt;3+</supgt;還原效果的同時(shí)解決了固相碳包覆的磷酸鐵鋰表面碳包覆不均勻的問(wèn)題，而且制得的磷酸鐵鋰材料的電阻率顯著降低，磷酸鐵鋰材料的電化學(xué)性能得到顯著提升。

技術(shù)研發(fā)人員：趙德,許開華,陳玉君,張明龍,劉開喜,芮祥,劉晨帆,孫浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：格林美（無(wú)錫）能源材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2