[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用，将磷酸铁、锂源、超细氧化铌、表面活性剂加入去离子水中，混合后得到浆料A；将所述浆料A研磨得到浆料B后，干燥得到粉末；将所述粉末烧结后，粉碎制得外层包覆有氮化铌的磷酸铁锂正极材料。本发明制得的锂离子电池正极材料极片压实密度高、电池倍率性能优异。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，锂离子电池由于具有高能量，循环次数长，效率高等优点，而广泛应用于各种电子产品中。

锂离子电池中有四大关键材料：正极、负极、隔膜和电解液。其中正极是决定锂电池性能和成本的重要因素，正极材料在动力电池生产成本中占20％-30％，其是制约电池容量进一步提高的关键因素，是电池能量密度提高的关键技术突破方向。目前，市场化锂离子电池正极材料主要包括磷酸铁锂(LFP)、三元、钴酸锂等，其中，磷酸铁锂为橄榄石结构，与传统层状结构和尖晶石结构材料相比，具有良好的结构稳定性、长期电化学循环性能和安全性等优势。

然而，磷酸铁锂由于受到其锂离子一维扩散孔道和绝缘PO₄聚阴离子框架的限制，导致其离子电导率和电子电导率较低，严重限制其倍率性能的发挥。现有技术中通常采用颗粒纳米化、表面包覆改性、掺杂等方式来提高其倍率性能。而商品化的磷酸铁锂通常为表面碳包覆材料，其中，表面碳为无定型碳、含量较高、且不均匀，严重影响其导电性的提高以及压实等加工性能。

发明内容

基于此，本发明提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，将超细氧化铌、磷酸铁、锂源和表面活性剂经过搅拌分散，研磨后，经过干燥，在氮气气氛下煅烧，粉碎后得到氮化铌包覆的磷酸铁锂材料，即所述的锂离子电池正极材料。解决了现有技术中磷酸铁锂材料采用碳包覆时出现的含量高，不均匀，从而严重影响导电性的提高和压实密度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将磷酸铁、锂源、超细氧化铌、表面活性剂加入去离子水中，混合后得到浆料A；

S2、将所述浆料A研磨得到浆料B后，干燥得到粉末；

S3、将所述粉末烧结后，粉碎制得外层包覆有氮化铌的磷酸铁锂材料。

进一步的，步骤S1中，所述磷酸铁、锂源、超细氧化铌和所述表面活性剂按照铁、锂、铌、氮元素摩尔比为1:1.012:(0.002～0.004):(0.00274～0.0274)；

所述浆料A的固含量为20～40wt％。

进一步的，步骤S1中，所述锂源为碳酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氯化锂中的至少一种；

所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的至少一种。

进一步的，所述超细氧化铌的粒径为10～300nm。

进一步的，步骤S2中，所述研磨为砂磨，所述浆料B的粒度D50控制在0.5～1.0μm。

进一步的，步骤S2中，所述干燥采用喷雾干燥或烘箱干燥；

所述喷雾干燥的具体参数为：进风温度240～280℃，出风温度90～100℃，离心频率30～40Hz，转速16000～18000rpm；

所述烘箱干燥的温度为90～100℃，干燥时间为12～24h。