一种改性磷酸铁锂材料及其制备方法和电池与流程

本申请属于电池材料，涉及一种改性磷酸铁锂材料及其制备方法和电池。

背景技术：

1、磷酸铁锂（lifepo4）因其结构稳定、安全性能高、循环寿命长、环境友好等优点，已成为动力锂离子电池和储能电池的主流正极材料之一。然而，磷酸铁锂固有的电子导电率低、锂离子扩散系数小、振实密度和压实密度不高等问题，限制了其在需要高能量密度和高倍率性能场景下的应用。

2、目前，改善磷酸铁锂电化学性能的主要手段包括：碳包覆、离子掺杂、纳米化等。但常规方法往往存在工艺复杂、能耗高、压实密度提升有限等问题。例如，直接掺杂导电剂或碳源虽能提高导电性，但容易降低材料压实密度；而普通固相法烧结过程难以同时兼顾物相均匀性、颗粒形貌和电化学活性。

3、因此，亟需开发一种既能提高材料的容量与倍率性能又能提升压实密度的磷酸铁锂制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本申请的目的在于提供一种改性磷酸铁锂材料及其制备方法和电池，本申请通过干法混合、两步烧结和特定添加剂及碳源的协同作用，可以制得兼具高压实密度、高放电比容量和优异倍率性能的磷酸铁锂材料。

2、为达到此发明目的，本申请采用以下技术方案：

3、第一方面，本申请提供了一种改性磷酸铁锂材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、将铁源、磷源、锂源和含掺杂元素的添加剂混合研磨，得到混合固态物料；

5、对混合固态物料进行烧结处理得到fe2o3和li3fe2(po4)3的混合物料；

6、将fe2o3和li3fe2(po4)3的混合物料与碳源混合研磨，经煅烧处理得到改性磷酸铁锂材料。

7、在一种可能的实施方式中，所述含掺杂元素的添加剂包括二氧化钛、偏钒酸铵、五氧化二铌中的任意一种或至少两种的组合。

8、在一种可能的实施方式中，所述混合固态物料中，锂、铁、磷和掺杂元素的摩尔比为(1.0~1.04):1:(1.01~1.06):(0.0001~0.08)。

9、在一种可能的实施方式中，所述混合固态物料的中值粒径d50为0.4μm~0.7μm。

10、在一种可能的实施方式中，所述烧结处理的气氛包括空气。

11、在一种可能的实施方式中，所述烧结处理的温度为600℃~950℃，优选为700℃~850℃。

12、在一种可能的实施方式中，所述烧结处理的保温时间为1h~6h。

13、在一种可能的实施方式中，所述fe2o3和li3fe2(po4)3的混合物料中fe2o3的质量占比为1%~25%，优选为5%~15%。

14、在一种可能的实施方式中，所述碳源包括葡萄糖、peg或蔗糖中的任意一种或至少两种的组合。

15、在一种可能的实施方式中，所述fe2o3和li3fe2(po4)3的混合物料与碳源的质量比为(85~93):(7~15)，优选为(88~92):(8~12)。

16、在一种可能的实施方式中，所述将fe2o3和li3fe2(po4)3的混合物料与碳源混合研磨得到物料的中值粒径d50为0.4μm~0.7μm。

17、在一种可能的实施方式中，所述煅烧处理的气氛包括氮气和/或氩气。

18、在一种可能的实施方式中，所述煅烧处理的温度为650℃~850℃，优选为700℃~800℃。

19、在一种可能的实施方式中，所述煅烧处理的时间为5h~12h。

20、第二方面，本申请提供了一种改性磷酸铁锂材料，所述改性磷酸铁锂材料通过如第一方面所述制备方法制得。

21、在一种可能的实施方式中，所述改性磷酸铁锂材料的压实密度≥2.5g/cm3。

22、第三方面，本申请提供了一种电池，所述电池包含如第二方面所述的改性磷酸铁锂材料。

23、本申请所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本申请不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

24、相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

25、（1）本申请通过干法混合、两步烧结和特定添加剂及碳源的协同作用，可以制得兼具高压实密度、高放电比容量和优异倍率性能的磷酸铁锂材料。

26、（2）本申请全程采用干混研磨结合两步气氛烧结，无需复杂液相过程或特殊设备，易于工业化生产，加工成本下降15%以上，制得改性磷酸铁锂材料的压实密度可达2.65g/cm3以上，制成电池的0.1c放电比容量可达162mah/g以上，1c放电比容量可达135mah/g以上，表现出良好的倍率性能。

1.一种改性磷酸铁锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含掺杂元素的添加剂包括二氧化钛、偏钒酸铵、五氧化二铌中的任意一种或至少两种的组合。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合固态物料中，锂、铁、磷和掺杂元素的摩尔比为(1.0~1.04):1:(1.01~1.06):(0.0001~0.08)；

4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的气氛包括空气；

5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述fe2o3和li3fe2(po4)3的混合物料中fe2o3的质量占比为1%~25%，优选为5%~15%。

6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳源包括葡萄糖、peg或蔗糖中的任意一种或至少两种的组合；

7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的气氛包括氮气和/或氩气；

8.一种改性磷酸铁锂材料，其特征在于，所述改性磷酸铁锂材料通过如权利要求1-7任一项所述制备方法制得。

9.如权利要求8所述的改性磷酸铁锂材料，其特征在于，所述改性磷酸铁锂材料的压实密度≥2.5g/cm3。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包含如权利要求8或9所述的改性磷酸铁锂材料。