一种磷酸铁锂材料及其制备方法、磷酸铁锂正极浆料、磷酸铁锂电池与流程

本发明属于锂电池，具体涉及一种磷酸铁锂材料及其制备方法、磷酸铁锂正极浆料、磷酸铁锂电池。

背景技术：

1、磷酸铁锂材料具有原材料来源丰富、无毒、对环境友好、安全性高、比容量高、循环性能稳定、价格低廉等优点，被认为是锂离子电池理想的正极材料，然而磷酸铁锂自身导电性能差，导致锂离子扩散系数较低，低温倍率放电性能较差。而在动力电池及储能领域，对电池的能量密度要求较高，需要磷酸铁锂材料需要具有较高的压实密度，同时又兼顾优良的低温倍率放电性能，因此，迫切需要制备一种具有较高的压实密度及优良低温性能的磷酸铁锂材料。

2、采用磷酸铁锂材料制备磷酸铁锂电池时，第一道工序就是制浆，浆料的制备是磷酸铁锂电池生产环节的关键工序，浆料中各组分分散的均匀性直接影响后续的加工性能和电性能的一致性。现行的正极浆料混料方法主要包括干混法、湿混法，即混料时将各组分在双行星搅拌机中进行搅拌分散，但这种方法存在分散死角，在罐内不同位置浆料粘度、细度等存在差异且分散用时较长，使得磷酸铁锂正极材料粒度分布较宽、导电剂颗粒较小，导致常规胶液无法实现所有颗粒的有效粘附，使得制备的正极片容易掉粉甚至脱落。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种磷酸铁锂材料及其制备方法。本发明通过选用粒径、表面形貌及性能不同的原料磷酸铁并调控加入比例，经过砂磨大小颗粒混合搭配后烧结制备磷酸铁锂，使得制备的磷酸铁锂材料具有较高的压实密度及优良的低温放电性能。

2、本发明的另一目的还在于提供一种磷酸铁锂正极浆料的制备方法，在胶液的选取方面，既选择高分子量粘结剂提高粘结性，同时也选择低分子粘结剂来改善浆料粘度，提高小颗粒的分散性，防止团聚，在制浆过程中和各组分通过均质泵循环分散系统进一步改善浆料的分散性，同时缩短制浆时间，得到分散均匀、无颗粒团聚的磷酸铁锂正极浆料。

3、本发明的第三目的还在于提供一种磷酸铁锂电池。

4、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

5、一种磷酸铁锂材料的制备方法，包括如下步骤：

6、(1)将粒径d50为10-20μm的片状磷酸铁与锂源、碳源、活性剂、去离子水按照100：(24～27)：(7～15)：(0.5～2)：(150～250)的质量比搅拌混合均匀，然后砂磨，得到浆料x；

7、(2)将粒径d50为1-7μm的椭球形磷酸铁与锂源、碳源、活性剂、去离子水按照100：(24～27)：(7～15)：(0.5～2)：(150～250)的质量比搅拌混合均匀，然后砂磨，得到浆料y；

8、(3)将浆料x和浆料y以(1～8)：(1～8)的质量比混合均匀后干燥，得到磷酸铁锂前驱体；

9、(4)将磷酸铁锂前驱体进行烧结，结束后冷却至室温并粉碎，得到磷酸铁锂材料。

10、步骤(1)和(2)中，所述锂源选自磷酸锂、氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂、磷酸二氢锂或醋酸锂中的任意一种；所述碳源选自麦芽糖、马铃薯粉、葡萄糖、纤维素、蔗糖、柠檬酸、果糖或淀粉中的任意一种；所述活性剂选自聚乙二醇(peg)、聚乙烯醇(pva)、聚丙二醇(ppg)或ctab中的任意一种。

11、进一步，步骤(1)中，所述砂磨的转速为600～1400rpm，控制砂磨粒度为1～1.5μm。

12、进一步，步骤(2)中，所述砂磨的转速为600～1400rpm，控制砂磨粒度为0.2～0.7μm。

13、进一步，步骤(3)中，所述干燥温度为120～350℃。

14、进一步，步骤(4)中，所述烧结在氮气氛围下进行，烧结温度为500～800℃，时间为3～6h。

15、进一步，步骤(4)中，所述粉碎是指粉碎至粒径d50为0.5～5.5μm。

16、采用上述方法制备得到的磷酸铁锂材料。

17、一种磷酸铁锂正极浆料的制备方法：将上述磷酸铁锂材料与导电剂、粘结剂进行一次搅拌分散，然后加入溶剂，进行二次搅拌分散并均质，得到磷酸铁锂正极浆料；

18、所述磷酸铁锂材料与导电剂、粘结剂、溶剂的质量比为100：(2～5)：(2.5～3.5)：(70～90)；所述导电剂选自科琴黑、sfg-6、super-p、乙炔黑、ks-6或ks-15中的一种或两种以上任意比例的组合；所述溶剂为氮甲基吡咯烷酮(nmp)；所述粘结剂由分子量大于100万的高分子聚偏氟乙烯和分子量为30-50万的低分子聚偏氟乙烯按照(1:1～2)质量比混合而成。

19、进一步，所述一次搅拌分散的搅拌转速为10～35rpm，分散转速为150～400rpm；所述二次搅拌分散的搅拌转速为10～35rpm，分散转速为800～1400rpm，所述均质采用的是均质泵，均质时均质泵的转速为800～3000rpm。

20、一种磷酸铁锂电池，包括正极极片、负极极片、隔膜及电解液，所述正极极片是采用上述磷酸铁锂正极浆料制备而成的。

21、本发明的有益效果：

22、1)本发明公开了一种磷酸铁锂材料及其制备方法，通过选用粒径、表面形貌及性能不同的原料磷酸铁并调控加入比例，经过砂磨大小颗粒混合搭配后烧结，使得制备的磷酸铁锂材料具有较高的压实密度及优良的低温放电性能。

23、2)本发明公开了制备磷酸铁锂正极浆料的方法，该方法制浆用时短、粘结效果好、生产效率高，且浆料分散更均匀，一致性好，加工性能稳定，有效解决了现有制浆方法易导致的颗粒团聚问题。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述砂磨的转速为600～1400rpm，控制砂磨粒度为1～1.5μm。

3.如权利要求1所述磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述砂磨的转速为600～1400rpm，控制砂磨粒度为0.2～0.7μm。

4.如权利要求1所述磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥温度为120～350℃。

5.如权利要求1所述磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述烧结在氮气氛围下进行，烧结温度为500～800℃，时间为3～6h。

6.如权利要求1至5任一项所述磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述粉碎是指粉碎至粒径d50为0.5～5.5μm。

7.采用权利要求1至6任一项所述方法制备得到的磷酸铁锂材料。

8.一种磷酸铁锂正极浆料的制备方法，其特征在于，将权利要求7所述磷酸铁锂材料与导电剂、粘结剂进行一次搅拌分散，然后加入溶剂，进行二次搅拌分散并均质，得到磷酸铁锂正极浆料；

9.如权利要求8所述磷酸铁锂正极浆料的制备方法，其特征在于，所述一次搅拌分散的搅拌转速为10～35rpm，分散转速为150～400rpm；所述二次搅拌分散的搅拌转速为10～35rpm，分散转速为800～1400rpm，所述均质采用的是均质泵，均质时均质泵的转速为800～3000rpm。

10.一种磷酸铁锂电池，包括正极极片、负极极片、隔膜及电解液，其特征在于，所述正极极片是采用权利要求8或9所述磷酸铁锂正极浆料制备而成的。

技术总结本发明公开了一种磷酸铁锂材料的制备方法，将粒径D50为10‑20μm的片状磷酸铁和粒径D50为1‑7μm的椭球形磷酸铁，分别与锂源、碳源、活性剂、去离子水以100：(24～27)：(7～15)：(0.5～2)：(150～250)的质量比混合、砂磨，制得浆料X和浆料Y，再将浆料X和浆料Y以(1～8)：(1～8)的质量比混合后干燥，得到前驱体，烧结后冷却、粉碎。与现有技术相比，该方法制备的磷酸铁锂材料具有较高的压实密度及优良的低温放电性能。本发明还公开了磷酸铁锂正极浆料的制备方法，该方法制浆用时短、生产效率高，浆料分散均匀且一致性好，加工性能稳定，可有效解决现有制浆方法易导致的颗粒团聚问题。技术研发人员：赵兵,薛娟娟,王勇,王宝东,周会受保护的技术使用者：山东精工电子科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2