一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂电池正极材料，具体涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、磷酸铁锂（lifepo4）正极材料因其具有优异的热稳定性、良好的循环寿命、丰富的原料来源以及较低的成本，已成为动力电池和储能电池领域的主流正极材料之一。随着新能源汽车续航里程的持续提升以及储能系统对体积能量密度的不断提高，市场对磷酸铁锂正极材料的压实密度和电化学性能提出了更高的要求。高压实磷酸铁锂能够在相同体积下填充更多的活性物质，从而提升电池单体的体积能量密度。

2、在磷酸铁锂的制备过程中，磷酸铁前驱体与锂源的固相反应是核心环节。传统的制备方法通常是将磷酸铁、锂源、碳源和掺杂剂一次性混合后直接进行高温烧结。然而，该工艺中磷酸铁与锂源在烧结过程中的反应活性不足，易导致锂化不完全或局部锂浓度不均，进而影响材料的相纯度和电化学性能；同时，高温烧结过程中晶粒容易发生异常长大，导致颗粒分布不均匀，影响压实密度。此外，常规的一步烧结法难以有效控制中间相的生成与转化，固相反应路径较为单一，产物晶格缺陷较多，限制了材料在高压实和高倍率场景下的应用。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法，旨在通过预锂化处理对磷酸铁进行晶格活化，以解决现有技术中锂化反应不充分、晶粒异常长大及压实密度偏低的问题，同时提升材料的电化学性能和循环稳定性。

2、本发明提供的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将无水磷酸铁与第一锂源混合，在惰性气氛下于430~530℃进行预锂化处理，得到预锂化产物；

5、（2）将预锂化产物与第二锂源、碳源、掺杂剂加入溶剂中混合分散，得到浆料；

6、（3）将浆料进行研磨、喷雾干燥，得到前驱体粉末；

7、（4）将前驱体粉末在惰性气氛下、于720~800℃进行烧结；

8、（5）将烧结后的产物进行粉碎、过筛、除磁，得到磷酸铁锂正极材料。

9、进一步的，步骤（1）中第一锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的至少一种；无水磷酸铁中铁元素与第一锂源中锂元素的摩尔比为1:(0.60~0.85)；预锂化处理的时间为2~8h。

10、进一步的，步骤（2）中第二锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的至少一种；第二锂源的加入量为使得浆料中锂元素与无水磷酸铁中铁元素的摩尔比为(1.00~1.05):1。

11、进一步的，步骤（2）中碳源选自葡糖糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种；碳源的加入量为无水磷酸铁质量的5~18%。

12、进一步的，步骤（2）中掺杂剂选自二氧化钛、钛酸四丁酯、四氯化钛、偏钒酸铵、氧化镁中的至少一种；掺杂剂的加入量为所述无水磷酸铁质量的0.05~1.5%。

13、进一步的，步骤（2）中溶剂为去离子水。

14、进一步的，步骤（2）中浆料的固含量为40~70wt%。

15、进一步的，步骤（4）中烧结的时间为4~12h。

16、进一步的，步骤（1）和步骤（4）中惰性气氛为氮气或氩气。

17、第二方面，本发明提供一种磷酸铁锂正极材料，通过如上任一项所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法制备得到。

18、第三方面，本发明提供如上所述的磷酸铁锂正极材料在锂电池中的应用。

19、本发明的有益效果为：

20、本发明通过控制预锂化阶段第一锂源的添加比例和预锂化温度，使无水磷酸铁发生部分锂化，锂离子嵌入磷酸铁晶格中，有效改变其晶格结构和表面状态，增加反应活性位点，使后续高温烧结过程中碳热还原反应和锂化反应更加充分，有助于生成晶相纯度高、缺陷少的磷酸铁锂产物。同时，预锂化处理所得中间相组成相对可控，避免了高温预烧时中间相组成复杂难以调控的问题，从而提升材料的放电比容量和循环稳定性，实现压实性能与电化学性能的优化。

1.一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中第一锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的至少一种；无水磷酸铁中铁元素与第一锂源中锂元素的摩尔比为1:(0.60~0.85)；预锂化处理的时间为2~8h。

3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中第二锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的至少一种；第二锂源的加入量为使得浆料中锂元素与无水磷酸铁中铁元素的摩尔比为(1.00~1.05):1。

4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中碳源选自葡糖糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种；碳源的加入量为无水磷酸铁质量的5~18%。

5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中掺杂剂选自二氧化钛、钛酸四丁酯、四氯化钛、偏钒酸铵、氧化镁中的至少一种；掺杂剂的加入量为所述无水磷酸铁质量的0.05~1.5%。

6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中浆料的固含量为40~70wt%。

7.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中烧结的时间为4~12h。

8.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（4）中惰性气氛为氮气或氩气。

9.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的一种磷酸铁锂正极材料的制备方法制备得到。

10.如权利要求9所述的磷酸铁锂正极材料在锂电池中的应用。