[发明专利]碳包覆磷酸铁锂正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种碳包覆磷酸铁锂正极材料、其制备方法及锂离子电池。该碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法包括：在第一惰性气氛下，使锂源和亚铁源及第一溶剂进行第一次混合，得到第一原料液；在第二惰性气氛下，使磷源、辅助剂及第二溶剂进行第二次混合，得到第二原料液，辅助剂选自龙胆二糖和/或龙胆三糖；使第一原料液和第二原料液进行水热合成反应，得到含碳非晶包覆层的磷酸铁锂；及在第三惰性气氛下，使含碳非晶包覆层的磷酸铁锂进行烧结，得到碳包覆磷酸铁锂正极材料。采用上述方法能够大大提高正极材料中碳包覆层均匀性，从而能够大幅提高其导电性能及能量密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，具体而言，涉及一种碳包覆磷酸铁锂正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

三元材料具有较高的功率密度，但是其成本较高，市场推广难度大。磷酸铁锂(LiFePO₄)正极材料由于其低成本、高安全性、高循环性能和较高的能量密度，成为混合动力汽车电池正极主材重要的技术方向之一。但LiFePO₄材料存在不容忽视的根本性缺陷，例如电导率较差，极大限制了其在HEV(混合电动)新能源汽车上的应用，因此需要对现有LiFePO₄材料进行改性。

为了解决以上关键问题，学术界和业界主要是通过优化材料合成方法、优化碳包覆和优化元素掺杂等方式来改善材料的结构和性能。合成磷酸铁锂的常用方法包括高温固相法和水热法，其中高温固相法工艺简单、制备条件容易控制，但存在产物粒径不易控制、颗粒不均匀和形貌不规则等问题，而水热法具有合成温度低、反应时间短、产物纯度高、晶粒尺寸小和物相均一等优点。目前行业内采用的包覆方法大多为干法包覆，但干法包覆很难保证包覆物分布的均匀性，而材料包覆不均匀对正极材料的电化学性能影响极大，采用湿法包覆可获得包覆均匀的正极材料。

现有文献提供了一种水热法制备高压实磷酸铁锂正极材料的方法，但其碳包覆是通过将碳源与磷酸铁锂简单混合后再经高温烧结来实现的，很难达到均匀的包覆效果。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种能够提高正极表面碳包覆均匀性的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锂正极材料、其制备方法及锂离子电池，以解决现有磷酸铁锂正极材料表面的碳层包覆不均匀，进而导致其导电性差和能量密度较低的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，该碳包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法包括：在第一惰性气氛下，使锂源和亚铁源及第一溶剂进行第一次混合，得到第一原料液；在第二惰性气氛下，使磷源、辅助剂及第二溶剂进行第二次混合，得到第二原料液，辅助剂选自龙胆二糖和/或龙胆三糖；使第一原料液和第二原料液进行水热合成反应，得到含碳非晶包覆层的磷酸铁锂；及在第三惰性气氛下，使含碳非晶包覆层的磷酸铁锂进行烧结，得到碳包覆磷酸铁锂正极材料。

进一步地，锂源中的锂离子、亚铁源中的亚铁离子、磷源中的磷元素以及辅助剂的物质的量之比为(1～3):1:1:(0.001～0.03)。

进一步地，水热合成反应的温度为100～240℃，反应时间为1～10h。

进一步地，烧结过程的烧结温度为550～850℃，优选为650～750℃；烧结过程的烧结时间为3～14h，优选为5～8h。

进一步地，第一次混合过程包括：将锂源与部分第一溶剂混合，得到锂源溶液；将亚铁源与剩余的第一溶剂混合，得到亚铁盐溶液；将锂源溶液与亚铁盐溶液混合，得到第一原料液；优选地，第一次混合过程还包括：采用pH调节剂将锂源溶液及亚铁盐溶液调至pH≤5.85，然后制备第一原料液。

进一步地，第一溶剂和第二溶剂分别独立地选自醇类溶剂和水的混合物，其中醇类溶剂选自乙醇、乙二醇、丙三醇和正丙醇组成的组中的一种或多种；优选地，醇类溶剂和水的体积比为1:10～3:1。