[发明专利]一种磷酸铁锂电池正极活性材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种降低磷酸铁锂电池极化效应提高酸铁锂电池电化学(倍率性能)磷酸铁锂电池正极活性材料及其制备和应用。

背景技术

作为新一代二次电池，锂离子电池被认为是最有发展前景的二次电池。与传统铅酸电池、镍氢电池、镍镉等二次电池相比，锂离子电池具有工作电压高、循环寿命长、能量密度大、无记忆功能等诸多优势。自上世纪90年代锂离子电池出现以来，随着锂离子电池材料及关键技术的不断发展与进步，现已广泛应用在电子产品、新能源汽车、航空航天等领域。其中正极材料是锂离子电池的关键材料，其性质与价格直接决定了锂离子电池的性能与成本。目前，国内锂离子电池正极材料主要集中在锰酸锂、三元锂(包括镍钴锰和镍钴铝)以及磷酸铁锂，其中，由于磷酸铁锂(LiFePO₄)具有循环稳定性好、安全性高、原料来源丰富、不含有毒金属等优势，被认为是现存正极材料中最具有发展前景的材料之一。但是由于磷酸铁锂具有特殊的橄榄石晶型结构，电子及锂离子在材料内部传输速率较低，从而导致磷酸铁锂在充放电过程中内部极化较大，大倍率充放电性能差，严重阻碍其在动力电池中的应用。因此改善磷酸铁锂倍率性能具有较大的科学意义。

改性磷酸铁锂倍率性能的相关文献及专利主要有：碳包覆、材料的纳米化、铝箔涂覆碳涂层以及选用导电性优异的导电剂。例如：专利CN105633403A，涉及一种正极材料呈现核壳结构,内核为蜂窝状纳米磷酸铁锂,外壳为偏铝酸锂复合包覆层，该方法制备的磷酸铁锂倍率性能优异；但该方法由于使用的磷酸铁锂为纳米级蜂窝状材料，且外层含有包覆层，使得该材料振实密度较低，导致其体积能量密度不高。

再如专利CN103531797A，涉及一种锂电池用导电改性磷酸铁锂正极材料及其制备方法，该方法主要添加改性银粉为导电添加剂，提高了材料导电性，并有效抑制晶体的长大，得到均匀分散的磷酸铁锂材料。该方法制备的磷酸铁锂具有制备工艺简单，放电容量大，电池一致性高等优点。但银粉作为导电添加剂很容易产生安全隐患，且银粉做导电剂使正极材料增加了材料成本。

因此急需一种能量密度高、安全的改进方法。

发明内容

针对上述技术存在的问题，本发明的目的是在材料成本不变的基础上，提供一种降低磷酸铁锂电池极化效应提高酸铁锂电池电化学(倍率性能)磷酸铁锂电池正极活性材料及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磷酸铁锂电池正极活性材料，活性材料为两层，第一层活性材料，以及涂覆于第一层活性材料表面的第二层活性材料；

所述第一层活性材料按重量份数计，由80～95份的磷酸铁锂正极材料，3～12份的导电剂，3～10份的第一类粘结剂组成；

所述第二层活性材料按重量份数计，由85～98份的磷酸铁锂正极材料，1～8份的导电剂，5～8份的第二类粘结剂组成。

所述两层活性材料中，磷酸铁锂采用粒径在500～2000nm之间，振实密度为1.35～1.65g/cm³间的纳米级或亚微米级磷酸铁锂微球，其克容量为145～175mAh/g，首次充放电效率为98.0～99.9％。

所述第一层、第二层活性材料中的导电剂可相同或不同的选自石墨烯，SP导电剂、乙炔黑、碳纳米管中的一种或多种复合。

所述第一层活性材料中的导电剂与第二层活性材料中导电剂按质量比为1.1:1～5:1，其中第一层活性材料中导电剂含量大于第二层活性材料中的导电剂含量。

所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物，其分子量在5000～20000之间；

第二粘结剂选自聚氯乙烯(PVC)或聚偏氟乙烯(PVDF)。

所述第一涂层厚度与第二涂层厚度比为3:1～1:5。

一种磷酸铁锂电池正极活性材料的制备方法：

(1)将第一粘结剂溶于NMP溶液中，再按照上述比例将磷酸铁锂与导电剂充分混合，混合后将混合液分多次添加到溶解第一粘结剂的NMP溶液中，先超声分散5～8h，再放于搅拌器中充分搅拌36～48h，即得到浆料1，即得到第一层活性材料；

(2)将第二粘结剂溶于NMP溶液中，再按照上述比例将磷酸铁锂与导电剂充分混合，混合后将混合液分多次添加至溶解第二粘结剂的NMP溶液中，先超声分散5～8h，再放于搅拌器中充分搅拌24～36h，即得到浆料2，将制备好的的浆料2涂覆于第一层活性材料表面。

所述磷酸铁锂与导电剂混合溶液分4～8次添加，每次添加相隔2～3h。