[发明专利]一种磷酸镍铁锂正极材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源电池领域，具体涉及一种循环寿命长、能量密度高、安全性能好的锂离子电池磷酸镍铁锂正极材料。

背景技术

未来锂离子电池的发展方向为高能量密度、高循环寿命、高安全性能。其中磷酸铁锂电池循环寿命长安全性能好，已经是目前中国市场动力电池的主要选择，但磷酸铁锂电池的放电电压平台只有3.2V，电池能量密度只有90-120Wh/Kg，已逐渐暴露出其体积大，质量重的毛病。

与磷酸铁锂有类似结构的磷酸锰锂、磷酸钴锂、磷酸钒锂、磷酸镍锂进入了大家的视野，但是磷酸锰锂循环寿命差、磷酸钴锂中的钴是稀缺资源、磷酸钒锂中的钒对环境不友好，而磷酸镍锂虽电压高、克容量高，但导电性差，从而，以上几种材料都不能大规模应用到动力电池上。

以上材料各有千秋，大家逐渐开始研究复合材料，近来有公司制造出磷酸锰铁锂材料，用该材料制造的锂离子电池与磷酸铁锂电池相比能量密度有了很大的提高，但由于锰的存在，该材料的循环寿命并不理想，所以也只能作为三元材料的添加剂等使用。

磷酸锰铁锂性能一般，那么磷酸镍铁锂性能如何呢，我们知道磷酸镍锂虽然材料本身导电性差，循环寿命也一般，但磷酸镍锂电池的电压高，能量密度大，做成电池后克容量可达170mAh/g，且自放电低，对环境友好。但与磷酸镍锂有类似结构的磷酸铁锂循环寿命长，且经过掺杂改性后其导电性大为提高，目前磷酸铁锂动力电池30C以上放电已是常规性能。如果将镍和铁结合起来再掺杂改性制造出复合材料磷酸镍铁锂性能如何？

本发明是一种磷酸镍铁锂正极材料及其合成方法，使用该方法制得的磷酸镍铁锂制造的锂离子电池比磷酸铁锂电池放电电压高、能量密度大，比磷酸镍锂导电性强、寿命长，材料无毒无害，对环境友好等，是一种优良的锂离子电池正极材料。

发明内容

本发明是一种磷酸镍铁锂正极材料及其合成方法，该磷酸镍铁锂正极材料的通式为：LiA_y(Ni_xFe_1-x)PO₄/C_z，其中0.2≤x≤0.8，，A为掺杂元素，与主体材料的质量百分比为小于3%，C为碳，与主体材料的质量百分比小于5%，所述磷酸镍铁锂是由锂源、镍源、铁源、磷源以及掺杂元素和碳源通过混料、捏合、造粒、预烧、粉碎、高温合成，使用该方法制得的磷酸镍铁锂制造的锂离子电池比磷酸铁锂电池放电电压高、能量密度大，比磷酸镍锂导电性强、寿命长，材料无毒无害，对环境友好等，是一种优良的锂离子电池正极材料。

所述磷酸镍铁锂中镍和铁元素是同等重要的两种阳离子，并不是一种是另一种的掺杂添加剂，其摩尔比在2:8-8:2之间。所述锂源为碳酸锂、草酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂中的一种或者几种。所述镍源为氢氧化镍、碳酸镍、草酸镍、磷酸镍、羟基氧化镍中的一种或者几种。所述铁源为草酸铁、碳酸铁、氧化铁、氢氧化铁、磷酸铁中的一种或者几种。所述磷源为磷酸铁、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸镍、磷酸二氢锂中的一种或者几种。所述掺杂元素为镁、铝、铜、锌、稀土、钴、钛、钒、银中的一种或者几种以及它们的化合物。所述碳源为碳黑、蔗糖、活性碳、柠檬酸中的一种或者几种。

该磷酸镍铁锂正极材料合成工艺流程为混料、捏合、造粒、预烧、粉碎、高温，其中混料为将锂源、掺杂元素、镍源、铁源、磷源以及碳源按通式摩尔比例1:y:x:(1-x):1:z配料（锂和碳可以稍微过量）后加入搅拌釜中搅拌1-3小时，其中捏合为将混合料加入捏合机，加入纯水或者乙醇捏混2-3小时，其中造粒为捏混后将泥料从捏混机中挤出成颗粒状，其中预烧为将颗粒放入回转炉中在非氧化气氛下300℃-500℃预处理3-4小时，其中粉碎为将预烧后的颗粒粉碎成粉末状，其中高温为将粉碎后的粉末放入回转炉中700℃-800℃非氧化条件下烧结12-16小时，最后得到磷酸镍铁锂正极材料。

附图说明

附图1为本发明制备的磷酸镍铁锂正极材料照片。

附图2为方案一制备的磷酸镍铁锂电池放电曲线。

附图3为方案一制备的磷酸镍铁锂电池循环寿命曲线（0.2C）。

附图4为方案二制备的磷酸镍铁锂电池放电曲线。

附图5为方案二制备的磷酸镍铁锂电池循环寿命曲线（0.2C）。

附图6为方案三制备的磷酸镍铁锂电池放电曲线。

附图7为方案三制备的磷酸镍铁锂电池循环寿命曲线（0.2C）。

具体实施方式

下面叙述的案例是对本发明的补充说明，而非是对本发明的限制。

案例一