[发明专利]一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法、正极极片、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法、正极极片、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的复合磷酸铁锂材料由以下质量百分比的组分组成：磷酸铁锂75‑85％，镍钴锰酸锂10～25％，碳纳米管1～2％，导电炭黑1～2％。本发明制得的复合磷酸铁锂材料为高能量密度复合磷酸铁锂材料，磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米管及导电碳黑相互填充，降低了材料间孔隙率，提升了材料的压实密度。

技术领域

本发明涉及一种复合磷酸铁锂材料及其制备方法、正极极片、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。

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、无污染等优点，已越来越广泛地应用于消费、动力、储能及特种电池中，随着政策与资本的双轮驱动，新能源汽车产业和储能领域对电池能量密度要求越来越高，虽然三元电池能量密度远高于磷酸锂电池，但是其价格较贵，循环性能和安全性能较差。目前新能源行业磷酸铁锂电池依旧是市场主力，占比高达72％，开发低成本高能量密度磷酸铁锂电池符合市场需求。

申请公布号为CN105529434A的中国发明专利公开了一种高倍率大容量的锂离子正极材料包括如下重量百分比的组分：磷酸铁锂20～45％，镍钴锰酸锂30～65％，碳纳米管10～40％。该专利公开的正极材料磷酸铁锂含量相对较低，镍钴锰酸锂含量仍旧偏高，成本仍旧较高，且电化学性能仍有待进一步提高。

申请公布号为CN101388459A的中国发明专利公开了一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，将高温固相合成法得到的磷酸铁锂与附加正极材料、助溶剂混合，然后对混合物加热进行二次造粒处理，所述附加正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂或镍钴锰酸锂中的至少一种，所述助熔剂为NaPO₃F和LiPO₃F中的至少一种，二次造粒处理在100～900℃的保护气氛下进行，二次造粒处理时间为12h～48h；该专利公开的磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，所需二次处理耗时长且需加入助熔剂，助熔剂有利于磷酸铁锂颗粒二次长大，但助熔剂同时也会使正极材料中掺杂P等杂质，影响正极材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高极片压实密度的复合磷酸铁锂材料。

本发明的第二个目的在于提供一种复合磷酸铁锂材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种正极极片。

本发明的第四个目的在于提供一种锂离子电池。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种复合磷酸铁锂材料，由以下质量百分比的组分组成：磷酸铁锂75-85％，镍钴锰酸锂10～25％，碳纳米管1～2％，导电炭黑1～2％。

本发明制得的复合磷酸铁锂材料为高能量密度复合磷酸铁锂材料。磷酸铁锂和NCM相互填充，降低了材料间孔隙率，提升了材料的压实密度。

所述磷酸铁锂的粒径为D50≤1μm。

所述镍钴锰酸锂的粒径为D50≤5μm。

所述镍钴锰酸锂为NCM111、NCM523、NCM622中的任意一种或几种。

所述复合磷酸铁锂材料由磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米管和导电碳黑烧结而成。通过烧结，可以消除材料间应力，同时可消除不同材料混合后的微孔隙和表面缺陷，增加材料相互作用：复合磷酸铁锂材料中NCM可以填充磷酸铁锂颗粒间的大空隙；点状导电剂炭黑填充磷酸铁锂颗粒间的小空隙；线状导电剂碳纳米管均匀紧密的包裹磷酸铁锂表面，共同形成完整的导电网络，降低正极极片的极化和内阻，提高材料容量。

上述复合磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：

将磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米管、导电炭黑混合均匀，然后在保护气氛下于500-700℃保温2-6h，即得。