[发明专利]具有超低温充放电性能的纳米磷酸铁锂正极材料制造方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有超低温充放电性能的纳米磷酸铁锂正极材料制造方法。包括如下步骤：S1、依次将LiOH、Fe(OH)₂和NH₄H₂PO₄加入到去离子水中，在氮气氛围下搅拌得到浆料；S2、将所得浆料通过氮气氛围下的喷雾干燥机雾化喷出，在气流的作用下通过收集装置得到前驱体‑Ⅰ；S3、将制得的前驱体‑Ⅰ直接放入烧结炉中，并在惰性气体保护下进行烧结得到前驱体‑Ⅱ；S4、将前驱体‑Ⅱ与导电剂充分混合后再次置于烧结炉中进行二次烧结，得到LiFePO₄；S5、将LiFePO₄随炉冷却，研磨过筛形成最终产品备用，本发明从晶粒尺寸方面进行改善从而改善磷酸铁锂正极材料低温电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有超低温充放电性能的纳米磷酸铁锂正极材料制造方法。

背景技术

磷酸盐正极材料由于其稳定的电化学性能和超长的循环寿命而备受关注。橄榄石结构的LiFePO₄自从1997年被首次提出可以用作锂离子电池正极材料以来，被公认为全世界安全性最好的锂离子电池用正极材料。LiFePO₄具有结构稳定、循环性能好、生产成本低、制备工艺简单、环境友好等优点。

但是，由于橄榄石型结构的LiFePO₄中的PO₄四面体与FeO₆层之间并未组成共棱结构，阻塞了Li⁺的扩散通道，使得Li⁺只能于一维通道中嵌入和脱出，这使得LiFePO₄正极材料表现出极低的Li⁺的扩散系数，并且这种结构使得电子传导只能通过Fe-O-Fe之间进行，这也导致了较低的电子电导率。尤其是在低温条件下这种情况更加明显，这严重影响了LiFePO₄的倍率性能和循环性能，导致LiFePO₄在冬季、高纬度、高海拔地区的应用严重受限。因此，研究LiFePO₄在低温下的电化学行为，有效改善LiFePO₄电池体系低温性能，具有良好的理论意义和实际应用价值。

LiFePO₄的主要合成方法包括固相法、水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法等。李向南等(应用化学，2020,37(4):380-386)，通过固相法制备了LiFePO₄正极材料。在-20℃下，通过对合成的正极材料进行电化学性能测试发现，随着温度的降低，电池材料的极化现象明显，电压平台相较于室温下的电压平台下降了0.12V，首次放电比容量仅有99.8mAh/g。对合成样品在-20℃下进行不同倍率下的循环性能测试发下，正极材料在0.1C、1C、5C下的首次充放电比容量分别为98.8mAh/g、87.1mAh/g、73.9mAh/g。尹艳红等(电源技术，2013,37(4):543-546)，通过水热法合成LiFePO₄正极材料，也得到了相似的结论。在0.2C下，测试-5℃、-10℃、-20℃下的电化学性能分别为117.9mAh/g，110.4mAh/g，100.2mAh/g。通过对比法下，样品在-20℃下与25℃下的容量保持率分别为0.1C下68％、0.5C下65.1％、1C下60.5％、5C下63.2％。

公开号为CN102340006A的中国专利公开了一种改善动力锂离子电池在不同低温环境下低温性能的方法。通过改变导电剂的种类即将颗粒状导电剂换为线状导电剂来改善正极材料的电化学性能，通过测试25℃～-10℃环境下电池的电化学性能发现当将颗粒状导电剂换为线状导电剂(碳纳米管)后，容量保持率在-5℃下最高可达92.82％，在-10℃下最高可达87.35％。