一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115911362A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211493837.5(22)申请日2022.11.25(71)申请人楚能新能源股份有限公司地址430051湖北省武汉市汉阳区龙阳三路1号(72)发明人常展鹏刘龙叶建王璨(74)专利代理机构北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)11387专利代理师荣红颖刘春成(51)Int.Cl.H01M4/58(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)C01B25/45(2006.01)C01B32/05(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法与应用，该磷酸铁锂正极材料具有核‑壳结构，包括磷酸铁锂为内核，沿内核表面生长得到的磷酸铁锂内壳层，和包覆在内壳层外的碳包覆层外壳；其中，磷酸铁锂内核的一次粒径小于150nm。本发明首先通过水热法制备小尺寸磷酸铁锂内核，然后通过采用草酸亚铁工艺使磷酸铁锂内壳层沿内核界面上生长结晶，从而获得了具有高一致性的壳核结构的磷酸铁锂正极材料；由于正极材料的内核也是磷酸铁锂，不会降低材料整体容量的发挥；本发明采用草酸亚铁工艺路线制备壳核结构的磷酸铁锂正极材料，在配料容易控制、工艺简单的基础上仅需要少量水热法制备磷酸铁锂内核，有利于材料制造成本的控制。CN115911362ACN115911362A权利要求书1/2页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具有核‑壳结构，包括磷酸铁锂为内核，沿内核表面生长得到的磷酸铁锂内壳层，和包覆在内壳层外的碳包覆层外壳；其中，磷酸铁锂内核的一次粒径小于150nm。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂内核的一次粒径为70‑150nm，和/或，所述磷酸铁锂正极材料的磷酸铁锂颗粒的直径d为0.55±0.21μmm。3.一种根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用水热法制备磷酸铁锂内核；(2)草酸亚铁法制备磷酸铁锂正极材料：包括如下步骤：S2‑1：称取锂源、草酸亚铁、磷源加入球磨罐中，并加入乙炔黑和所述步骤(1)制备的磷酸铁锂内核，得到混合料；其中，磷酸铁锂内核的加入量是锂源、草酸亚铁和磷源的总质量的3～5％；S2‑2：将混合料和无水乙醇加入行星式球磨机中进行球磨，球磨完成后经过滤烘干得到块状产物；S2‑3：将步骤S2‑2中的块状产物进行研磨得到粉末状前驱体，并加入葡萄糖进行混合均匀，得到磷酸铁锂正极材料前驱体；S2‑4：在惰性气氛中于600～800℃将磷酸铁锂正极材料前驱体进行煅烧，冷却后得到煅烧产物，将煅烧产物粉碎，得到所述磷酸铁锂正极材料。4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用水热法制备磷酸铁锂内核包括如下步骤：S1‑1：分别称取锂源、铁源和磷源；S1‑2：配制磷源水溶液，然后依次向其中加入抗坏血酸和称量好的铁源，搅拌使其充分溶解，形成的溶液记为溶液A；S1‑3：配制锂源水溶液，记为溶液B；S1‑4：将溶液A与溶液B混合均匀后进行水热反应，水热反应的温度为120～180℃；S1‑5：将水热反应产物用去离子水洗涤、干燥后在惰性气氛中于450～650℃煅烧，得到磷酸铁锂固体，研磨后制得磷酸铁锂内核。5.根据权利要求4所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述S1‑1步骤中，所述锂源选自氧化锂、碳酸锂、磷酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；所述铁源选自硫酸亚铁、草酸亚铁、氯化亚铁和甘氨酸亚铁中的一种或多种；所述磷源选自磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵和磷酸锂中的一种或多种；和/或，所述S1‑2步骤中，所述磷源水溶液的质量浓度为15～25wt％；和/或，所述S1‑2步骤中，所述抗坏血酸在磷源水溶液中的质量浓度为0.1～0.3wt％；和/或，所述S1‑3步骤中，所述锂源水溶液的质量浓度为10％～12％；和/或，所述S1‑4步骤中，所述水热反应的反应时间为4～8h；和/或，所述S1‑5步骤中，煅烧2～4h。6.根据权利要求4所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述S2‑1步骤中，所述锂源选自氧化锂、碳酸锂、磷酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；2CN115911362A权利要求书2/2页和或，所述磷源选自磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵和磷酸锂中的一种或多种。7.根据权利要求4或6所述的磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述S2‑1步骤中，按照锂源、草酸亚铁和磷源中元素Li、Fe和P的物质的量比为1∶1∶1称取锂源、草酸亚铁和磷源；和/或，所述S