磷酸铁锂正极材料及其制备方法、正极片及锂离子电池与流程

本发明涉及新能源材料，具体涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法、正极片及锂离子电池。

背景技术：

1、磷酸铁锂正极材料具备低成本、高比容量和高安全性等优点被广泛应用在各种领域，是目前商业化使用的锂电池主要正极材料之一。但由于其结构的特殊性使其存在电导率低的缺点。近年来，为了提高磷酸铁锂材料的导电性，碳包覆被认为是改进磷酸铁锂倍率性能的重要途径之一。

2、为了得到颗粒均匀的正极材料，往往需要添加过量的碳源，但是，过量的碳易造成团聚，会导致正极材料变厚，从而影响电池的倍率性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决正极材料中添加过量的碳易造成团聚和电池的电化学性能不佳等缺点，本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法、正极片及锂离子电池，本申请磷酸铁锂正极材料用双氰胺为碳源，与硼源和矾源在烧结反应中生成硼和矾掺杂石墨化氮化碳(g-c3n4)包覆磷酸铁锂颗粒，减少了碳的包覆量，改善正极材料的整体导电性和电化学性能。

2、第一方面，本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料，包括锂源、铁源、磷源、掺杂元素和双氰胺，所述掺杂元素包括硼源和矾源；

3、双氰胺的添加量为所述原料总重量的1-3％；

4、所述原料中，磷元素与铁元素的摩尔比为(1-1.03)：1；硼元素与碳元素的摩尔比为(0.1-0.3)：1；铁元素与钒元素的总和与锂元素的摩尔比为1：(1.00-1.06)。

5、在一种可选的实施方式中，钒源包括偏钒酸铵和/或偏钒酸钠；

6、优选地，钒源为偏钒酸铵，所述偏钒酸铵的添加量为所述原料总重量的0.1-0.4％。

7、在一种可选的实施方式中，所述的磷酸铁锂正极材料满足以下a-d中的至少一项：

8、a：锂源包括碳酸锂、草酸锂、氢氧化锂中的至少一种；

9、b：铁源包括磷酸铁、磷酸亚铁、硫酸亚铁和氯化亚铁中的至少一种；

10、c：磷源包括含磷钠盐、含磷铵盐和含磷钾盐中的至少一种；

11、d：硼源包括硼砂、硼酸和氧化硼中的至少一种。

12、在一种可选的实施方式中，所述的磷酸铁锂正极材料包括以下重量份的原料：

13、

14、第二方面，本发明提供了一种所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括：将锂源、铁源、磷源、掺杂元素和双氰胺在溶剂中进行混合，形成混合料；

15、将所述混合料干燥，然后在保护气氛中进行烧结，即得所述磷酸铁锂正极材料。

16、在一种可选的实施方式中，所述烧结的过程具体为：先升温至300-400℃预烧3-5h，再继续升温至650-800℃烧结8-12h。

17、在一种可选的实施方式中，所述干燥采用喷雾干燥，所述干燥的温度为100-130℃。

18、在一种可选的实施方式中，所述溶剂为无水乙醇；

19、所述混合具体为：将锂源、铁源、磷源、掺杂元素和双氰胺加入到无水乙醇中，搅拌后进行研磨至混合料的粒度d50为0.3-0.35μm；

20、优选地，所述研磨的转速为300-500r/min，所述研磨的时间为20-40分钟。

21、第三方面，本发明提供了一种锂离子电池用正极片，所述锂离子电池用正极片包括所述的正极材料或所述的制备方法制备而成的正极材料。

22、第四方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括所述的正极片。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明提供的磷酸铁锂正极材料，包括锂源、铁源、磷源、掺杂元素和双氰胺，所述掺杂元素包括硼源和矾源；双氰胺的添加量为所述原料总重量的1-3％；所述原料中，磷元素与铁元素的摩尔比为(1-1.03)：1；硼元素与碳元素的摩尔比为(0.1-0.3)：1；铁元素与钒元素的总和与锂元素的摩尔比为1：(1.00-1.06)。本申请的磷酸铁锂正极材料用双氰胺为碳源，与硼源和矾源在烧结反应中生成硼和矾掺杂石墨化氮化碳(g-c3n4)包覆磷酸铁锂颗粒，减少了碳的包覆量，提高了正极材料的整体导电性和电化学性能。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料的原料包括锂源、铁源、磷源、掺杂元素和双氰胺，所述掺杂元素包括硼源和矾源；

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述原料中，磷元素与铁元素的摩尔比为(1-1.03)：1；硼元素与双氰胺中的碳元素的摩尔比为(0.1-0.3)：1；铁元素与钒元素的总和与锂元素的摩尔比为1：(1.00-1.06)；

3.根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述原料满足以下a-d中的至少一项：

4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述的磷酸铁锂正极材料包括以下重量份的原料：

5.一种权利要求1-4任一所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将锂源、铁源、磷源、掺杂元素和双氰胺在溶剂中进行混合，形成混合料；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的过程具体为：先升温至300-400℃预烧3-5h，再继续升温至650-800℃烧结8-12h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述干燥采用喷雾干燥，所述干燥的温度为100-130℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为无水乙醇；

9.一种锂离子电池用正极片，其特征在于，所述锂离子电池用正极片包括权利要求1-4任一所述的正极材料或权利要求5-8任一项所述的制备方法制备而成的正极材料。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求9所述的正极片。

技术总结本发明涉及新能源材料技术领域，公开了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法、正极片及锂离子电池，磷酸铁锂正极材料，包括锂源、铁源、磷源、掺杂元素和双氰胺，所述掺杂元素包括硼源和矾源；双氰胺的添加量为所述原料总重量的1‑3％；所述原料中，磷元素与铁元素的摩尔比为(1‑1.03)：1；硼元素与碳元素的摩尔比为(0.1‑0.3)：1；铁元素与钒元素的总和与锂元素的摩尔比为1：(1.00‑1.06)。本申请的磷酸铁锂正极材料用双氰胺为碳源，与硼源和矾源在烧结反应中生成硼和矾掺杂石墨化氮化碳(g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;)包覆磷酸铁锂颗粒，减少了碳的包覆量，提高了正极材料的整体导电性和电化学性能。技术研发人员：许开华,耿伟翔,陈玉君,周晓燕,董园初,李伟,栗云鹏,谢军受保护的技术使用者：格林美（无锡）能源材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9