[发明专利]磷酸铁锂改性材料及制备方法和使用该改性材料的锂电池

说明书

本发明涉及锂电池的正极活性材料领域，公开了磷酸铁锂改性材料及制备方法和使用改性材料的锂电池、电池动力车。其中改性材料制备方法包括：(1)将锂源、铁源、磷源和溶剂进行第一混合并干燥得到固体颗粒；(2)固体颗粒进行氧化得到第一前驱体，第一前驱体含有Li₃Fe₂(PO₄)₃和Fe₂O₃；(3)锂源、铁源、锰源、磷源和溶剂进行第二混合；(4)第一前驱体和第二混合的产物进行第三混合，第三混合的产物再与碳源进行第四混合得到第二前驱体；(5)第二前驱体在保护气氛下煅烧得到含有磷酸铁锂、磷酸铁锰锂和碳的改性材料。该改性材料作为锂离子电池的正极活性组分，具有较高的电压平台，优异的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的正极活性材料，具体涉及一种磷酸铁锂改性材料及其制备方法和使用该改性材料的锂离子电池正极、锂离子电池、电池组和电池动力车。

背景技术

具有能量密度高、安全性好、循环寿命长的动力锂电池是未来电动汽车的理想电源。磷酸铁锂作为目前常用的锂离子电池正极材料，具有安全性高、环境友好、成本低等一系列优点而广受关注，但其低电压平台(3.4V)、电子导电性差和离子扩散性较弱限制了其应用领域。磷酸锰锂和磷酸铁锂具有比较接近的理论放电比容量，并且在热稳定方面表现更优异，电压平台高，能量密度高，理论上磷酸锰锂是磷酸铁锂的完美升级正极材料，然而其接近绝缘体的弱电导率限制了其作为磷酸铁锂的替代材料。

磷酸铁锰锂(LiMn_xFe_1-xPO₄)是基于LiFePO₄和LiMnPO₄各自优势而把Fe和Mn进行结合的一种新型正极材料，理论上磷酸铁锰锂晶格内引入Mn²⁺能在一定程度上拓宽锂离子扩散通道，Fe²⁺能够改善电极动力学，进而使得磷酸铁锰锂表现出优异的电化学性能，理论比容量可达170mAh/g，放电平台可达4.1V，然而由于磷酸铁锰锂溶锰现象严重，导致磷酸铁锰锂循环性能和倍率性能均较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中LiMn_(1-x)Fe_xPO₄材料作为锂离子电池正极存在溶锰现象严重，且倍率性能和循环寿命差的问题，提供一种磷酸铁锂改性材料及制备方法和使用该改性材料的锂电池，该磷酸铁锂改性材料作为锂离子电池的正极材料，具有较高的电压平台，优异的循环性能和倍率性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种磷酸铁锂改性材料的制备方法，其中，该制备方法包括：

(1)将第一锂源、第一铁源、第一磷源和溶剂进行第一混合并干燥得到固体颗粒；

(2)将固体颗粒进行氧化处理得到第一前驱体，所述第一前驱体含有Li₃Fe₂(PO₄)₃和Fe₂O₃；

(3)将第二锂源、第二铁源、锰源、第二磷源和溶剂进行第二混合；

(4)第一前驱体和第二混合的产物进行第三混合，而后将第三混合的产物再与碳源进行第四混合得到第二前驱体；

(5)将第二前驱体在保护气氛下煅烧，以得到含有磷酸铁锂、磷酸铁锰锂和碳的磷酸铁锂改性材料。

本发明还提供一种由上述方法制得的磷酸铁锂改性材料。

本发明还提供了一种锂离子电池正极，包括上述磷酸铁锂改性材料。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述锂离子电池正极。

本发明还提供了一种电池组，由上述锂离子电池串联和/或并联组成。