[发明专利]一种高压实密度磷酸铁锂正极材料及正极极片

说明书

本发明涉及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。本发明的正极极片，由磷酸铁锂纳米颗粒形成的涂敷于极片表面。该材料中的磷酸铁锂颗粒由导电碳层，碳纳米管，和炭黑颗粒形成的导电网络包裹。磷酸铁锂形成的二次颗粒粒径均一，提高了极片空间的填充效率，极片压实密度2.35g/cm³。

技术领域

本发明涉及一种复合磷酸铁锂材料和相关正极极片，属于锂电池技术领域。

背景技术

近年来，锂离子电池由于工作电压高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长、污染等特点，已经广泛应用于电动汽车、储能、和特种电池中。磷酸铁锂材料具有对环境友好，循环寿命长，成本低等优势，在电动汽车和电动大巴中得到了广泛的应用。由于磷酸铁锂材料的本征导电性低，生产制备时需要将颗粒粒径控制在100纳米以下并采用碳材料在表面形成纳米层包覆来提高材料的导电性能。

磷酸铁锂材料的纳米化处理可以改善导电性差的局限，但由于在纳米尺度的包覆均匀性难于控制。磷酸铁锂在充放电时在局域范围内电压分布不均匀，不同区域的磷酸铁锂充放电状态达不到一致，导致循环寿命缩短。同时，磷酸铁锂材料纳米化后，纳米颗粒的堆积效率下降，颗粒间空间增加，导致极片上电极层的压实密度低(2.2g/cm³)。

申请号200910220007.3的专利申请公布“磷酸铁锂与碳纳米管复合正极材料的制备方法，在制备磷酸铁锂前驱体液中掺杂碳纳米管材料，然后水浴蒸干溶剂后烧结获得磷酸铁锂/碳纳米管复合材料。

申请号201410028925.7的专利申请公布“一种磷酸铁锂与碳纳米管复合材料的制备方法，在碳纳米管材料分散液中添加锂源，铁源，磷酸盐、和碳源形成一定稠度浆料，球磨后进行冷冻干燥，然后烧结获得磷酸铁锂/碳纳米管复合材料。

上述专利申请均为在磷酸铁锂前体和碳纳米管进行复合。最终材料的形成需要经过干燥、烧结和二次粉碎。因此，磷酸铁锂产品的粒径分布缺乏工艺控制，磷酸铁锂正极材料在极片上空间填充效率低，磷酸铁锂极片压实密度低，导致磷酸铁锂电池能量密度低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高压实密度磷酸铁锂正极材料，具有优良的倍率和容量性能，并可以提供高压实密度。

为了实现以上目的，本发明的技术方案是：

一种高压实密度磷酸铁锂正极材料，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。

本发明针对磷酸铁锂材料颗粒需要纳米化和碳包覆的局限，对磷酸铁锂纳米颗粒进行分散组合形成粒径可控的二次微米颗粒，使用包覆剂对颗粒粒径进行控制，并在微米颗粒中引入碳纳米管材料，提高纳米颗粒之间的结合力，从而提高磷酸铁锂材料的压实密度。

区别于以上磷酸铁锂复合材料制备方法，本发明提出的方案不需要经过高温处理和二次烧结，在常温条件下实现对磷酸铁锂材料的粒径优化和压实密度提高，工艺过程绿色环保，具有巨大的应用潜力。

本发明实现的复合磷酸铁锂材料，通过对将磷酸铁锂材料在高速分散下和表面包覆剂相互作用形成均匀纳米分散颗粒。通过调整包覆剂的添加量，调整纳米颗粒团聚形成二次颗粒的粒径分布。

在二次颗粒形成中同时引入碳纳米管，提高二次颗粒的电子导通能力和稳定性。经过二次颗粒优化后的磷酸铁锂正极材料保持循环和容量性能，同时提高极片的压实密度可达2.35g/cm³以上，使磷酸铁锂电池具有更高的能量密度。

优选的是：磷酸铁锂的质量分数为98.94-99.485％，导电纳米碳材料包括0.01-0.05％的碳纳米管，0.5-1.0％的导电炭黑。