[发明专利]一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法

说明书

本申请公开一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法。本申请提供的磷酸亚铁锂正极复合材料由呈粒度分布的微米级颗粒组成，微米级颗粒为球形或类球形的二次颗粒；微米级颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔(2nm‑50nm)通道结构；微米级颗粒的粒度分布中，粒径：D₁₀大于1μm，D₅₀在5μm‑40μm之间，D₉₀小于50μm；复合材料的振实密度在1.0g/cm³‑1.5g/cm³之间。本申请制备的磷酸亚铁锂正极复合材料是具有内部介孔结构的球形磷酸亚铁锂正极复合材料，通过控制球形材料颗粒内部的一次纳米颗粒的大小和介孔结构，以及二次球形或类球形颗粒的粒度分布，使得球形颗粒内部具有良好的导电网络和丰富的锂离子扩散通道，并使复合材料兼有较高的振实密度和体积比能量。

技术领域

本申请属于锂离子电池正极材料及其制备技术领域，具体地说，涉及一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的大力推广，锂离子电池产业已经进入飞速发展阶段，磷酸亚铁锂(LiFePO₄)作为一种应用潜力巨大的锂离子电池正极材料，具有价格低廉、原料来源丰富、结构稳定、比容量高、循环性能良好、使用安全性高以及对环境友好等优点，正广泛应用于各种动力电源领域。但是，由于LiFePO₄材料存在电子电导率低和锂离子扩散系数低的问题，使其在锂离子电池正极材料中的应用范围受到了严重制约。

为改善LiFePO₄材料的电子电导率和锂离子扩散系数，现有技术中主要通过金属离子掺杂、碳包覆等以提高其电子电导率，以及通过减小颗粒尺寸(纳米化)提高其表面积来增大反应界面和提供更多扩散通道。但是，上述方案使得LiFePO₄材料的有效振实密度大大减小，降低了LiFePO₄材料的体积比能量。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本申请提供一种磷酸亚铁锂正极复合材料及其制备方法。

本申请公开一种磷酸亚铁锂正极复合材料，包括：

所述复合材料由呈粒度分布的微米级颗粒组成，所述微米级颗粒为球形或类球形的二次颗粒；

所述微米级颗粒内部由纳米一次颗粒堆积而成，纳米颗粒之间具有介孔(2nm-50nm)通道结构；

所述微米级颗粒的粒度分布中，粒径：D₁₀大于1μm，D₅₀在5μm-40μm之间，D₉₀小于50μm；

所述复合材料的振实密度在1.0g/cm³-1.5g/cm³之间。

本申请公开一种磷酸亚铁锂正极复合材料的制备方法，包括：

步骤一、前驱体混合物的制备：将锂源、铁源、磷源、有机碳源分散于高分子溶液中，得到前驱体混合物；

步骤二、前驱体混合物的搅拌和研磨：将前驱体混合物进行搅拌和研磨至粒径D₅₀小于2μm，得到前驱体混合物浆料；

步骤三、前驱体混合物浆料的喷雾干燥：将前驱体混合物浆料在第一保护气体和150℃-400℃的温度环境中进行喷雾干燥，得到前驱体粉末；所述第一保护气体为空气、氮气、氩气中的一种或者组合；

步骤四、前驱体粉末的热处理：将前驱体粉末在第二保护气体和500℃-900℃的温度环境中进行热处理，保温2-15小时，得到磷酸亚铁锂复合正极材料；所述第二保护气体为氮气、氩气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气中的至少一种。