[发明专利]一种粒度均一的磷酸铁锂正极材料及正极极片

说明书

本发明涉及一种粒度均一的磷酸铁锂正极材料及正极极片，对磷酸铁锂纳米颗粒进行分散，并和热固型树脂前体混合形成分散液；热固型树脂前体受热固化，将磷酸铁锂纳米颗粒粘接，喷雾干燥后成为二次颗粒；二次颗粒在惰性气体保护下碳化，热固型树脂前体形成纳米碳包覆层，为磷酸铁锂颗粒提供导电网络。经过上述过程形成的磷酸铁锂正极材料颗粒，粒径可控，导电性能高，可实现>2.35g/cm³的压实密度，粒径均匀，充放电性能好，可实现正极极片的高压实密度和快速充放电。

技术领域

本发明涉及一种复合磷酸铁锂材料和相关正极极片，属于锂电池技术领域。

背景技术

近年来，磷酸铁锂电池由于其对环境友好、安全性高、循环寿命长、成本低等优势，在电动汽车、大巴、和储能系统中得到了广泛的应用。由于磷酸铁锂材料的本征导电率低，在生产制备时需要将颗粒粒径控制在100纳米以下以提高锂离子的导通效率，并用碳材料在表面形成纳米导电碳层来提高导电性。

纳米化的磷酸铁锂材料在电池制备过程中重新团聚，形成微米级的二次颗粒。二次颗粒在团聚过程中的粒径分布难以控制，因此，磷酸铁锂电池中的正极极片压实密度低，电池体积大于同重量的三元材料锂电池。磷酸铁锂电池的低压实密度已成为动力电池能力密度进一步提升的重要限制因素。

对磷酸铁锂正极材料二次颗粒粒径实现可控制工艺路线，使颗粒具有更均匀的分布和更精确的的尺寸。粒径均一的磷酸铁锂材料可以实现更高的压实密度，提高动力电池的能量密度，具有巨大的实用价值。

发明内容：

本发明的目的是提供一种磷酸铁锂材料，材料的二次颗粒粒径可控。磷酸铁锂由树脂粘结纳米颗粒形成粒径分布均匀的二次颗粒，二次颗粒在惰性气体保护下高温处理，将树脂转化为纳米碳层提供导电网络。经过上述过程形成的磷酸铁锂正极材料颗粒，粒径可控，导电性能高，可实现>2.35g/cm³的压实密度，粒径均匀，充放电性能好，可实现正极极片的高压实密度和快速充放电。

为了实现以上目的，本发明的技术方案是：

一种粒度均一的磷酸铁锂正极材料，对磷酸铁锂纳米颗粒进行分散，并和热固型树脂前体混合形成分散液；热固型树脂前体受热固化，将磷酸铁锂纳米颗粒粘接，喷雾干燥后成为二次颗粒；二次颗粒在惰性气体保护下碳化，表面形成纳米碳包覆层，制得复合磷酸铁锂正极材料。

优选的是：包括质量百分比97-99.5％的磷酸铁锂以及0.5-3％的纳米碳包覆层。

优选的是：磷酸铁锂纳米颗粒粒径80-300nm；喷雾干燥后形成二次颗粒粒径为D10～1-3μm,D50～3-10μm,D90～7-12μm；磷酸铁锂正极材料D50粒径为2-8μm，D90粒径为6-11μm。

优选的是：热固型树脂前体包括酚醛树脂和/或环氧树脂，分子量范围为600-80000。

优选的是：磷酸铁锂的一次颗粒经过高速砂磨机粉碎为纳米颗粒，分散后纳米颗粒的粒径为80-300nm；分散介质为去离子水、乙醇、或者异丙醇。

优选的是：磷酸铁锂纳米颗粒和热固型树脂前体在搅拌下混合均匀形成均匀浆料，浆料固含量为35-55wt％。

优选的是：喷雾干燥形成的磷酸铁锂二次颗粒在惰性气体保护下加热处理，将热固型树脂前体转化为纳米包覆层，处理温度为600-750℃，处理时间为1-3小时。

本发明还提供采用上述磷酸铁锂正极材料的极片，包括质量百分比93-97％的复合磷酸铁锂材料、2-5％的粘结剂和1-2％的导电碳材料；将涂敷极片在90-110℃下烘烤干燥，干燥后极片水分含量低于300ppm；极片在10-25MPa压力下进行辊压成型。