[发明专利]一种高压实低温磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高压实低温磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用，制备方法包括：(1)将前驱体溶液和柠檬酸盐在有机溶剂中混合进行水热反应，得到第一前驱体，将第一前驱体和粘结剂混合进行喷雾裂解和造粒，得到大颗粒磷酸铁锂；(2)将前驱体溶液进行水热反应，得到小颗粒磷酸铁锂；(3)将大颗粒磷酸铁锂和小颗粒磷酸铁锂混合，得到磷酸铁锂正极材料；步骤(1)和步骤(2)前驱体溶液均独立地包括铁源、磷源和锂源。本发明在水热过程中加入柠檬酸盐和有机溶剂生成纳米级的一次颗粒，并加入粘结剂经喷雾裂解生成锂离子迁移率高、低温性能优异的大颗粒磷酸铁锂，将其与水热生成的小颗粒磷酸铁锂混合，提升了材料整体的低温性能和压实密度。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料领域，涉及一种高压实低温磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为新一代绿色能源，具有电压高、能量密度高、寿命长、携带方便等优势，在移动设备、公共交通、航空航天等等领域显示出重要的作用，其中，正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，影响着锂离子电池的研究和发展。

磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料，其理论容量高达170mAh/g，同时，磷酸铁锂原料来源广、价格低廉、材料热稳定性好、电压平台高、循环寿命长、无毒无害、滥用条件下无氧析出，能解决钴酸锂及其他现有正极材料不能解决的安全问题，成为了目前动力型和储能型锂离子电池正极材料的首选。然而，磷酸铁锂材料通常采用水热法或高温固相烧结制备，现有的水热法制备得到的材料压实密度低，一般最高2.2g/cm³，并且水热法制备得到的材料为纳米级颗粒，匀浆困难，加工性能差，影响了电芯整体性能发挥。此外，锂离子电池的应用范围越来越广，其低温性能也亟需提高，而现有技术中提升磷酸铁锂低温性能的主要方式为添加磁性物质或通过纳米研磨降低颗粒尺寸，这些方式在提升材料低温性能的同时一般会降低材料的压实密度，使磷酸铁锂无法满足高比能电芯的需求；若反之增大磷酸铁锂一次颗粒的粒径以提高压实，则会导致材料离子电导率降低，无法满足低温电芯的需求。

综上，现有的磷酸铁锂制备方法无法同时提高材料的压实密度和低温性能，从而使材料无法在常温和低温下均具有良好的电化学性能；因此，提供一种兼具压实和低温性能的磷酸铁锂正极材料的制备方法，对锂离子电池的研究和发展有着重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高压实低温磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。本发明通过在水热过程中加入柠檬酸盐和有机溶剂调节磷酸铁锂一次颗粒的粒径，并加入粘结剂调节一次颗粒之间的粘结力和制备得到的二次颗粒的硬度，经喷雾裂解后生成锂离子迁移率高、低温性能优异的大颗粒磷酸铁锂，将大颗粒磷酸铁锂与水热反应生成的小颗粒磷酸铁锂混合，进一步提升了磷酸铁锂正极材料整体的低温性能和压实密度，制备得到的锂离子电池在常温下具有较高的比容量和库伦效率，在低温下具有较高的容量保持率。

本发明中，“高压实”指材料用于制备极片时，极片的压实密度不低于2.3g/cm³；“常温”指25℃；“低温”指-30℃。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，特别是一种高压实低温磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括：

(1)将前驱体溶液和柠檬酸盐在有机溶剂中混合进行水热反应，得到第一前驱体，将所述第一前驱体和粘结剂混合进行喷雾裂解和造粒，得到大颗粒磷酸铁锂；

(2)将前驱体溶液进行水热反应，得到小颗粒磷酸铁锂；

(3)将步骤(1)所述大颗粒磷酸铁锂和步骤(2)所述小颗粒磷酸铁锂混合，得到磷酸铁锂正极材料；

步骤(1)和步骤(2)所述前驱体溶液均独立地包括铁源、磷源和锂源。

优选地，步骤(1)和步骤(2)所述前驱体溶液的制备方法包括：