本發(fā)明涉及新能源材料，具體涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、正極片及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、磷酸鐵鋰正極材料具備低成本、高比容量和高安全性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域，是目前商業(yè)化使用的鋰電池主要正極材料之一。但由于其結(jié)構(gòu)的特殊性使其存在電導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。近年來，為了提高磷酸鐵鋰材料的導(dǎo)電性，碳包覆被認(rèn)為是改進(jìn)磷酸鐵鋰倍率性能的重要途徑之一。

2、為了得到顆粒均勻的正極材料，往往需要添加過量的碳源，但是，過量的碳易造成團(tuán)聚，會(huì)導(dǎo)致正極材料變厚，從而影響電池的倍率性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為了解決正極材料中添加過量的碳易造成團(tuán)聚和電池的電化學(xué)性能不佳等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、正極片及鋰離子電池，本申請磷酸鐵鋰正極材料用雙氰胺為碳源，與硼源和礬源在燒結(jié)反應(yīng)中生成硼和礬摻雜石墨化氮化碳(g-c3n4)包覆磷酸鐵鋰顆粒，減少了碳的包覆量，改善正極材料的整體導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種磷酸鐵鋰正極材料，包括鋰源、鐵源、磷源、摻雜元素和雙氰胺，所述摻雜元素包括硼源和礬源；

3、雙氰胺的添加量為所述原料總重量的1-3％；

4、所述原料中，磷元素與鐵元素的摩爾比為(1-1.03)：1；硼元素與碳元素的摩爾比為(0.1-0.3)：1；鐵元素與釩元素的總和與鋰元素的摩爾比為1：(1.00-1.06)。

5、在一種可選的實(shí)施方式中，釩源包括偏釩酸銨和/或偏釩酸鈉；

6、優(yōu)選地，釩源為偏釩酸銨，所述偏釩酸銨的添加量為所述原料總重量的0.1-0.4％。

7、在一種可選的實(shí)施方式中，所述的磷酸鐵鋰正極材料滿足以下a-d中的至少一項(xiàng)：

8、a：鋰源包括碳酸鋰、草酸鋰、氫氧化鋰中的至少一種；

9、b：鐵源包括磷酸鐵、磷酸亞鐵、硫酸亞鐵和氯化亞鐵中的至少一種；

10、c：磷源包括含磷鈉鹽、含磷銨鹽和含磷鉀鹽中的至少一種；

11、d：硼源包括硼砂、硼酸和氧化硼中的至少一種。

12、在一種可選的實(shí)施方式中，所述的磷酸鐵鋰正極材料包括以下重量份的原料：

13、

14、第二方面，本發(fā)明提供了一種所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，所述制備方法包括：將鋰源、鐵源、磷源、摻雜元素和雙氰胺在溶劑中進(jìn)行混合，形成混合料；

15、將所述混合料干燥，然后在保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，即得所述磷酸鐵鋰正極材料。

16、在一種可選的實(shí)施方式中，所述燒結(jié)的過程具體為：先升溫至300-400℃預(yù)燒3-5h，再繼續(xù)升溫至650-800℃燒結(jié)8-12h。

17、在一種可選的實(shí)施方式中，所述干燥采用噴霧干燥，所述干燥的溫度為100-130℃。

18、在一種可選的實(shí)施方式中，所述溶劑為無水乙醇；

19、所述混合具體為：將鋰源、鐵源、磷源、摻雜元素和雙氰胺加入到無水乙醇中，攪拌后進(jìn)行研磨至混合料的粒度d50為0.3-0.35μm；

20、優(yōu)選地，所述研磨的轉(zhuǎn)速為300-500r/min，所述研磨的時(shí)間為20-40分鐘。

21、第三方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用正極片，所述鋰離子電池用正極片包括所述的正極材料或所述的制備方法制備而成的正極材料。

22、第四方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括所述的正極片。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

24、本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰正極材料，包括鋰源、鐵源、磷源、摻雜元素和雙氰胺，所述摻雜元素包括硼源和礬源；雙氰胺的添加量為所述原料總重量的1-3％；所述原料中，磷元素與鐵元素的摩爾比為(1-1.03)：1；硼元素與碳元素的摩爾比為(0.1-0.3)：1；鐵元素與釩元素的總和與鋰元素的摩爾比為1：(1.00-1.06)。本申請的磷酸鐵鋰正極材料用雙氰胺為碳源，與硼源和礬源在燒結(jié)反應(yīng)中生成硼和礬摻雜石墨化氮化碳(g-c3n4)包覆磷酸鐵鋰顆粒，減少了碳的包覆量，提高了正極材料的整體導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述磷酸鐵鋰正極材料的原料包括鋰源、鐵源、磷源、摻雜元素和雙氰胺，所述摻雜元素包括硼源和礬源；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述原料中，磷元素與鐵元素的摩爾比為(1-1.03)：1；硼元素與雙氰胺中的碳元素的摩爾比為(0.1-0.3)：1；鐵元素與釩元素的總和與鋰元素的摩爾比為1：(1.00-1.06)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述原料滿足以下a-d中的至少一項(xiàng)：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述的磷酸鐵鋰正極材料包括以下重量份的原料：

5.一種權(quán)利要求1-4任一所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將鋰源、鐵源、磷源、摻雜元素和雙氰胺在溶劑中進(jìn)行混合，形成混合料；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的過程具體為：先升溫至300-400℃預(yù)燒3-5h，再繼續(xù)升溫至650-800℃燒結(jié)8-12h。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述干燥采用噴霧干燥，所述干燥的溫度為100-130℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑為無水乙醇；

9.一種鋰離子電池用正極片，其特征在于，所述鋰離子電池用正極片包括權(quán)利要求1-4任一所述的正極材料或權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備而成的正極材料。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權(quán)利要求9所述的正極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法、正極片及鋰離子電池，磷酸鐵鋰正極材料，包括鋰源、鐵源、磷源、摻雜元素和雙氰胺，所述摻雜元素包括硼源和礬源；雙氰胺的添加量為所述原料總重量的1?3％；所述原料中，磷元素與鐵元素的摩爾比為(1?1.03)：1；硼元素與碳元素的摩爾比為(0.1?0.3)：1；鐵元素與釩元素的總和與鋰元素的摩爾比為1：(1.00?1.06)。本申請的磷酸鐵鋰正極材料用雙氰胺為碳源，與硼源和礬源在燒結(jié)反應(yīng)中生成硼和礬摻雜石墨化氮化碳(g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;)包覆磷酸鐵鋰顆粒，減少了碳的包覆量，提高了正極材料的整體導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：許開華,耿偉翔,陳玉君,周曉燕,董園初,李偉,栗云鵬,謝軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：格林美（無錫）能源材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9