磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其理论容量高(170mah/g)、稳定性好、安全性高、环境友好等优点而备受关注，目前已广泛应用于储能、电动工具、电动汽车、军事装备、航空航天等领域。正极材料作为进一步提高电池性能的关键，其质量直接影响锂电池的各项性能指标。磷酸铁锂正极材料因其安全性高、循环寿命长、成本低、原材料来源广、环境友好等优点，成为目前主要应用的正极材料之一。然而，较差的电子和离子电导率是限制磷酸铁锂正极材料进一步应用的瓶颈。

2、作为实际应用的动力电池正极材料，较差的电子和离子电导率使得磷酸铁锂(lfp)在倍率性能的改善和低温寿命的延长方面还有很大的研究空间。

3、通过碳包覆改性可以提高磷酸铁锂的低温性能。而碳涂层的厚度和均匀性也是影响复合材料性能的重要因素，寻找高性能、低成本的碳材料以及碳掺杂和涂层均匀性的研究仍然是决定正极材料是否能达到预期性能的关键问题。cn112694078a公开了一种石墨烯包覆磷酸铁锂复合材料及其制备方法，由于石墨烯成本高且该方法需要用到超声分散，在工业应用时会增加生产成本，因此不利于批量化生产。cn107359336a公开了一种磷酸铁锂制备方法，该方法将铁源、磷源、锂源和碳源混合后煅烧，研磨，干燥后进行再次煅烧，即可得到磷酸铁锂，但是，该方法不易控制，制作成本较高，不利于工业化生产。

4、金属良好的导电性，可以改善锂离子在材料表面的输运，有效提高循环效率，缓解高温下的容量衰减，降低电化学阻抗，提高lfp材料的电化学性能。然而，金属元素掺杂对lfp结构稳定性的总体影响仍然不确定，尽管它对电极材料和整体电池的安全性和稳定性具有重要意义。但在进一步大规模应用前，必须充分研究掺杂对lfp稳定性的影响。cn111498825a利用水热法对磷酸铁锂掺杂四氯化钛，得到了高压实的磷酸铁锂，但是该方法使得制造成本增加，不利于商业化应用。因此需要提供一种能够解决上述问题之一的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的磷酸铁锂的结构稳定性差，导致正极材料的倍率性差、低温性能差的问题，提供一种磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池，该磷酸铁锂材料的晶格畸变为0.058％-0.08％，能制得颗粒分布均匀、粉末阻抗较低、倍率和低温性能较好的磷酸铁锂正极材料。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种磷酸铁锂材料，其中，所述磷酸铁锂材料通过xrd测得的晶格畸变为0.058％-0.08％。

3、本发明第二方面提供一种制备上述磷酸铁锂材料的方法，其中，所述方法包括：

4、(1)将磷酸铁、锂源、可选地碳源、m源和m’源与水混合，得到浆料a；

5、(2)将所述浆料a进行研磨，得到包含过程品i的浆料b；

6、(3)将所述浆料b进行干燥，得到过程品ii；

7、(4)将所述过程品ii进行烧结、破碎后得到磷酸铁锂材料；

8、其中，所述m源和m’源各自独立地选自含ti、na、k、mg、v、w、nb、la、cr、mo、ca、zn、y、zr、sm、co、ni、b、cu和gd中的至少一种元素的化合物，且m源和m’源不同；

9、所述m源和m’源的中值粒度各自独立地满足0.5μm≤d50≤5μm。

10、本发明第三方面提供一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池包含上述磷酸铁锂材料。

11、通过上述技术方案，本发明提供的磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池具有以下有益效果。

12、本发明的磷酸铁锂材料的晶格畸变为0.058％-0.08％，该磷酸铁锂具有优异的离子的迁移率和扩散系数，从而使磷酸铁锂材料具有更好的电化学性能；所制得的锂离子电池具有优异的放电通量，且在低温环境下，仍然具有较好的放电容量。

13、本发明通过向反应体系中同时加入具有特定中值粒度的m源和m’源，并控制过程品的研磨粒度，使得晶格畸变在合适的范围内。特定多元素共掺杂能够产生协同效应，一方面增强磷酸铁锂材料的锂离子和电子传输能力，另一方面有效提升磷酸铁锂材料的压实密度，具有一次颗粒尺寸小、颗粒均匀的特点，有效改善材料电子电导和离子迁移率低的问题。从而提升锂离子电池的容量和倍率性能。本方法制备操作简单，能耗低、易于工业化生产。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂材料，其特征在于，所述磷酸铁锂材料的晶格畸变为0.058％-0.08％。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料，其中，所述磷酸铁锂材料晶格畸变为0.06％-0.075％；

3.根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂材料，其中，所述磷酸铁锂材料的比表面积为7-13m2/g，优选为8-12m2/g；

4.一种制备权利要求1-3中任意一项所述磷酸铁锂材料的方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中，所述m源选自含na、k、mg、y、zr、sm、co、ni、b、cu和gd中的至少一种元素的化合物；

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，步骤(1)中，所述m源、m’源、锂源和磷酸铁的用量，使得n(m)：n(m’)：n(li)：n(fe)：n(p)为y：x：a：b：1；其中，0.0001≤x≤0.01，0.0001≤y≤0.001；1≤a≤1.05，0.95≤b≤0.985；

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，步骤(2)中，所述过程品i的中值粒度d50为0.2-0.6μm，优选为0.3-0.5μm；

8.根据权利要求4-7中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，所述干燥的方式为喷雾干燥；

9.根据权利要求4-8中任意一项所述的方法，其中，步骤(4)中，所述烧结的温度为300-900℃，所述烧结的时间为6-10h；

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含权利要求1-3中任意一项所述的磷酸铁锂材料。

11.根据权利要求10所述的锂离子电池，其中，所述锂离子电池在0.1c条件下的放电容量≥159mah/g；

技术总结本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种磷酸铁锂材料及其制备方法和锂离子电池，磷酸铁锂材料晶格畸变为0.058％‑0.08％。该磷酸铁锂具有优异的离子的迁移率和扩散系数，从而使磷酸铁锂材料具有更好的电化学性能；所制得的锂离子电池具有优异的放电通量，且在低温环境下，仍然具有较好的放电容量。技术研发人员：范稳稳,胡应立,张学全,刘亚飞,陈彦彬受保护的技术使用者：北京当升材料科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27