[发明专利]快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。该正极材料包括磷酸铁锂基体以及包覆于所述基体外表面的包覆层，所述磷酸铁锂基体的分子式为LiFesubgt;1‑x/subgt;Msubgt;x/subgt;POsubgt;4/subgt;，其中，0≤x≤0.02，M为锰、钛、镁、铝、锆、稀土元素中的至少一种；自所述基体向外，所述包覆层依次包括硒酸锂内层和碳外层。本发明通过原位反应，在磷酸铁前驱体表面先形成一层碳酸硒包覆内层，而后在碳酸硒外面包覆一层碳源层，再通过高温煅烧得到硒酸锂包覆内层和碳外层，由于硒酸锂的包覆，材料团聚现象出现明显降低，材料一次颗粒更加均匀，一次颗粒和二次颗粒更小，有利于保证磷酸铁锂的超长循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

磷酸铁锂电池因具有价格低廉、循环寿命长等特点，而成为了新能源领域的研究热点。近年来，因刀片电池、CTC、CTP等电池技术发展，磷酸铁锂的电池也迎来了飞速发展。目前，磷酸铁锂根据应用领域的不同，分为动力和储能，其中动力对能量密度提出了高要求，而储能领域则对循环提出了更加苛刻的要求。常规储能，一般能够循环4000周，高端储能一般要求8000甚至10000周。针对电池对长循环的要求，磷酸铁锂应具有良好的导电性能和较快的离子传导能力，保证磷酸铁锂材料在循环过程中较低阻抗及极化。具体要求磷酸铁锂正极材料导电材料包覆均匀致密、颗粒尺寸分布集中且颗粒较小。均匀致密的包覆层，保证材料在循环过程中良好的电子电导和材料结构的完整性；颗粒尺寸分布集中且粒度较小，保证高的离子传导和一致的传导速率，降低材料的极化。

目前，行业及学术界主要通过碳包覆提高材料的导电性，其中包括有机、无机碳，通过优化包覆原材料种类、添加量、包覆方式来提高包覆效果；例如，中国专利CN103441269B公开了一种焦磷酸锂/碳包覆磷酸铁锂复合材料机器制备方法，其中公开了将锂源、铁源、磷源混合研磨后，干燥、烧结，再和磷源、有机碳源在有机溶剂体系中混合、烧结、过筛。在现有技术中都是通过控制煅烧温度和煅烧时间来控制一次颗粒的粒度，通过气流粉碎来控制二次颗粒粒度，最终实现一次颗粒和二次颗粒的尺寸分布集中且粒度小的目的。碳包覆存在一般为有机物包覆后，进行高温碳化，形成碳包覆。但是由于碳化率较低且碳包覆较脆，粉碎过程存在碳包覆层破碎，导致包覆不均匀，最终导致材料较高的内阻，充放电过程中存在严重的极化现象，循环性能受到严重影响。

然而通过降低煅烧温度或缩短煅烧时间来降低颗粒一次粒度，可能会存在材料结晶度降低，从而影响材料的循环性能。如果通过气流粉碎来控制二次颗粒粒度，则会破坏包覆层，此外，气流粉碎无法控制一次颗粒粒度。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的目的之一是提供一种快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料，本发明的目的之二是提供所述快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法。本发明的目的之三是提供上述快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料，包括磷酸铁锂基体以及包覆于所述基体外表面的包覆层，所述磷酸铁锂基体的分子式为LiFe_1-xM_xPO₄，其中，0≤x≤0.02，M为锰、钛、镁、铝、锆、稀土元素中的至少一种；自所述基体向外，所述包覆层依次包括硒酸锂内层和碳外层。

在上述快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料中，作为一种优选实施方式，所述磷酸铁锂基体的外表面层中表相掺杂有第二添加剂，所述第二添加剂为改善所述正极材料离子电导性能的纳米材料；更优选地，所述纳米材料包括纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钇、纳米稀土氧化物、纳米氧化铌、硼酸中的至少一种；

进一步地，所述第二添加剂的质量占快离子导体包覆磷酸铁锂正极材料质量的0.01-1％(例如：0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％)。