[发明专利]多元结晶型磷酸铁锂正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备

说明书

本申请提供一种多元结晶型磷酸铁锂正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。多元结晶型磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括：将包括锂源、磷源、水和多种粒径的铁源在内的原料混合，第一球磨得到第一固液混合物；将所述第一固液混合物进行砂磨得到第二固液混合物；将所述第二固液混合物和碳源混合，进行水热反应得到第三固液混合物；将所述第三固液混合物干燥得到正极材料前驱体，然后在还原性气氛中煅烧得到所述多元结晶型磷酸铁锂正极材料。锂离子电池，其原料包括所述的多元结晶型磷酸铁锂正极材料。涉电设备，包括所述的锂离子电池。本申请提供的制备方法，工艺简单、适用于工业化生产，所得磷酸铁锂正极材料压实密度高，电化学性能优异。

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种多元结晶型磷酸铁锂正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。

背景技术

近年来，作为清洁能源主要构成的锂离子电池，其应用领域已拓宽到社会中的各个领域。其中，相比于近趋成熟的锂离子电池负极材料，发展相对较缓的正极材料直接制约着锂离子电池的研究与应用。

在锂离子电池中，正极材料中已市场化的产品有锰酸锂、钴酸锂、三元材料，磷酸锰铁锂和磷酸铁锂等。锰酸锂结构不稳定，易从层状结构分解为尖晶石结构从而导致循环寿命短；钴酸锂由于其成本高昂只适合用于手机电池市场；三元正极材料存在安全性过低，易燃易爆炸的缺点。而磷酸铁锂作为新一代锂离子电池正极材料，因其价格低廉，理论容量较高(约170mAh/g)，工作电压平稳，无毒环保，结构稳定，安全性好、热稳定性好和超长的循环寿命而成为当前研究的热点。就目前研发的产品看来，磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料使用时，还存在本征电导率低、低温性能差、压实密度低等缺点，虽然通过碳包覆和离子掺杂技术，在一定程度上改善了磷酸铁锂的导电性能问题，但仍然存在低温放电比容量低、压实密度不足的情况。

自磷酸铁锂产品被开发用于锂电池正极材料以来，磷酸铁锂制备方法不断改进，目前主流磷酸铁锂制备工艺包括草酸亚铁工艺、铁红工艺和磷酸铁工艺。其中草酸亚铁工艺中草酸根酸性较强，对设备或溶剂要求偏高；铁红工艺制备的磷酸铁锂性能较差，且产品均一性较低。采用磷酸铁为前驱体制备的磷酸铁锂在动力电池应用中初露头角，但其相对较高的加工成本，以及在低温性能上的劣势也实际应用中体现地越发凸显，而如何兼顾成本、低温和高压实也就成了行业难题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种多元结晶型磷酸铁锂正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，以解决上述问题。

为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

一种多元结晶型磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括：

将包括锂源、磷源、水和多种粒径的铁源在内的原料混合，第一球磨得到第一固液混合物；将所述第一固液混合物进行砂磨得到第二固液混合物；将所述第二固液混合物和碳源混合，进行水热反应得到第三固液混合物；

将所述第三固液混合物干燥得到正极材料前驱体，然后在还原性气氛中煅烧得到所述多元结晶型磷酸铁锂正极材料。

优选地，所述锂源为磷酸二氢锂、磷酸一氢锂、硝酸锂、碳酸锂、磷酸锂、氢氧化锂中的任意两种的混合物；

优选地，所述磷源包括磷酸二氢氨、磷酸氨、磷酸锂、磷酸中的一种或多种；

优选地，所述铁源包括磷酸铁、氧化铁、草酸亚铁、铁粉、硝酸铁中的任意两种的混合物；

优选地，所述铁源中，小颗粒材料与大颗粒材料的摩尔比为(1-5)：(1-10)；

优选地，所述锂源中的锂与所述铁源中的铁的摩尔比为(1.0-1.1)：(0.95-1.1)。

优选地，所述铁源包括小粒径混合物和大粒径混合物；