[发明专利]一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法，通过在二次烧结前引入纳米氧化铈等氧化物导电连线连接骨架和碳包覆液，二次烧结后使磷酸铁锂颗粒的表面和内部均有完整的碳包覆导电网络，形成双层碳包覆的磷酸铁锂材料，电导率高、结晶度良好、振实密度高、加工性能好、放电容量较高、倍率性能优异。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种纳米氧化物的修饰磷酸铁锂复合材料及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的一种，在充放电过程中，正极体积仅变化6.81％，正好调节碳负极脱嵌锂而造成的体积变化，支撑内部结构，因此，磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性和较长的循环寿命，但是磷酸铁锂也存在导电性差、锂离子扩散率低的缺点。目前为了提高磷酸铁锂材料的导电性，在颗粒表面包覆导电材料成为了主要的解决方案，常用的包覆材料有无定形碳、聚并苯、碳纳米管和银，其中无定形碳材料的应用最为普遍。现阶段锂离子电池用的磷酸铁锂材料大部分都是做过无定形碳包覆处理的，但是不同厂家生产的碳包覆磷酸铁锂性能区别很大，其中主要原因就是碳包覆均匀性以及包覆层厚度的不同。

为改善磷酸铁锂材料的加工性能，材料多数情况下要经过粉碎处理，但粉碎样品由于外力的作用，会破坏颗粒表面的碳包覆层，使其不完整。

目前市面上磷酸铁锂的10C放电倍率大部分在120mAh/g～140mAh/g，但高倍率情况下压实密度普遍偏低，大部分在2.40g/cm³以下，限制了高倍率磷酸铁锂材料能量密度的提升，制约着磷酸铁锂电池在快充和低温领域的应用和发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法，其碳包覆层完整、振实密度高、加工性能好，放电容量高、倍率性能优异、电导率高。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法：

一种磷酸铁锂复合材料，所述复合材料包括具有第一碳包覆层的磷酸铁锂颗粒、第二碳包覆层以及纳米氧化物导电连线；所述第二碳包覆层以及纳米氧化物导电连线位于所述经第一碳包覆层包覆的磷酸铁锂颗粒之间，并且，所述第二碳包覆层以及纳米氧化物导电连线连接磷酸铁锂颗粒表面的第一碳包覆层而形成具有完整碳包覆三维空间网络导电结构。

所述纳米氧化物为纳米氧化钇、纳米氧化铈、纳米氧化钕、纳米氧化钨中的一种或两种以上的混合物。

所述磷酸铁锂复合材料中，总含碳量为1.3-1.5％，即为包覆碳占所述磷酸铁锂复合材料总质量的1.3-1.5％(例如1.3％、1.35％、1.4％、1.41％、1.42％、1.43％、1.45％、1.48％、1.5％，等等。)。

在一些实施方式中，所述磷酸铁锂复合材料中，总含碳量为1.4-1.45％，优选为1.41-1.45％，更有选为1.41-1.43％。

将具有第一碳包覆层的磷酸铁锂颗粒置于通有加热气体的流化床反应器中，采用包覆液进行雾化二次包覆处理，所述的包覆液中包括水、碳源和纳米氧化物；

对经二次包覆后的磷酸铁锂颗粒进行烧结，得到纳米氧化物修饰磷酸铁锂的复合材料。

包覆液中碳源和纳米氧化物的固含量分别控制在被包覆物料的1-3％(例如1％、1.3％、1.5％、2％、2.5％、3％，等等。)、0.05-0.20％(例如0.05％、0.1％、0.15％、0.16％、0.18％、0.20％，等等。)。

在一些实施方式中，包覆液中纳米氧化物的固含量控制在被包覆物料的0.10-0.20％。