[发明专利]改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法。本发明的改性超低温磷酸铁锂复合材料，包括内核以及包覆于所述内核外表面的包覆层，所述内核包括碳和磷酸铁锂，所述包覆层包括碳和镧系金属磷酸盐，通过上述方式，将磷酸铁锂和镧系金属磷酸盐形成纳米核‑壳结构，将镧系金属磷酸盐包覆于磷酸铁锂外，改善了改性超低温磷酸铁锂复合材料在脱嵌锂过程中磷酸铁和磷酸铁锂两相界面处晶格匹配度，提高了放电的中值电压，适用于超低温环境，提高了低温放电效率；另外，包覆层减少了磷酸铁锂与电解液的接触面积，减少对正极材料的溶解腐蚀副反应，提高正极材料加工和高温性能。

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法。

【背景技术】

磷酸铁锂(LiFePO₄，简称LFP)已经广泛应用于动力及储能电池领域，其具有高安全性、高循环寿命且物美价廉等优点，具有广阔的应用前景，但同时磷酸铁锂也存在着明显的缺点，例如导电性差、锂离子扩散速度慢。目前针对磷酸铁锂的改性方案有表面包覆、纳米化以及体相掺杂。其中表面包覆的包覆物有包覆碳、导电金属、金属氧化物及锂金属氧化物、磷酸锂等等。

现有技术中超高功率型磷酸铁锂为实现大功率、超低温放电，一般采用体相掺杂V、Nb等高价金属离子，同时进行纳米化和表面包碳，但其低温依旧满足不了低温大功率充放电要求，低温放电效率和放电中值电压依旧偏低。同时其一次颗粒粒径一般控制在100nm以下，比表面积在20以上。这么小的一次颗粒和巨大的比表面积带来的两个问题，一是材料在电池混浆阶段不容易分散，粘度大甚至成果冻状导致无法配料和涂布；另一方面就是材料高温存贮胀气，高温容量保持和恢复性能差。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种改性超低温磷酸铁锂复合材料、正极材料及其制备方法，以解决现有技术中磷酸铁锂材料低温放电效率低的技术问题。

本发明的技术方案如下：提供一种改性超低温磷酸铁锂复合材料，包括内核以及包覆于所述内核外表面的包覆层，所述内核包括碳和磷酸铁锂，所述包覆层包括碳和镧系金属磷酸盐，所述内核中的磷酸铁锂、所述内核中的碳、所述包覆层中的镧系金属磷酸盐以及所述包覆层中的碳的质量比为(95～97)：(1.95～3.0)：(1.0～2.5)：(0.5～1.0)。

优选地，所述内核中的磷酸铁锂为掺杂型磷酸铁锂，所述掺杂型磷酸铁锂的组分为LiFe_γM_1-γPO₄，其中，M为钒V、铌Nb、钛Ti、钨W、镧La、钇Y、锆Zr或镁Mg中的一种或多种，0.8≤γ≤1；

或，所述内核中的磷酸铁锂为掺杂型磷酸铁锂，所述掺杂型磷酸铁锂的组分为LiFe_αM_1-αPO₄，其中，M为锰Mn，0.2≤α≤1。

优选地，所述镧系金属磷酸盐的组分为M’PO₄，其中，M’为镧La、钇Y或钪Sc中的一种或多种。

优选地，所述M为钒V，所述M’为镧La；

和/或，所述改性超低温磷酸铁锂复合材料的粒径D50为0.25～1.5μm。

本发明的另一技术方案如下：提供一种改性超低温磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括：

S1，在第一溶剂中加入锂源、铁源、磷源以及第一碳源进行混合，得到第一混合物；

S2，利用研磨机将所述第一混合物进行研磨，得到第一浆料；

S3，将所述第一浆料进行喷雾干燥，得到第一粉末；

S4，在惰性气体气氛下，将所述第一粉末进行焙烧，得到碳包覆的磷酸铁锂；