磷酸镍铁锂复合正极材料的制备方法、正极材料、正极极片和电池与流程

本申请涉及正极材料，具体涉及一种磷酸镍铁锂复合正极材料的制备方法、正极材料、正极极片和电池。

背景技术：

1、随着电池的广泛应用，对正极材料需求越来越大，且对正极材料的性能要求越来越高，具有高能量密度兼备高安全性、长循环寿命、低成本、环境友好的磷酸镍铁锂复合正极材料受到广泛关注。

2、磷酸铁锂的理论容量为170mah/g，相对于li+/li的电极电势为3.4v，且具有稳定电化学窗口，其具有较高的能量密度。

3、磷酸镍铁锂与磷酸铁锂相比，其也具有橄榄石晶体结构，其中的锂离子在电池的电化学循环中迁移速度相对较慢和电子电导率低，因而需要改进。

技术实现思路

1、本申请提供了一种磷酸镍铁锂复合正极材料的制备方法、正极材料、正极极片和电池，提供一种充放电性能更优异的磷酸镍铁锂复合正极材料，且该磷酸镍铁锂复合正极材料的稳定性更高，可以改善电池的使用寿命。

2、第一方面，本申请提供了一种磷酸镍铁锂复合正极材料的制备方法，包括：

3、提供包含铁源、镍源、磷酸源、锂源、砷化铌和碳源的原料；其中，砷化铌在原料中的质量含量为0.1%-2%；碳源在原料中的质量含量为2%-10%；

4、将铁源、镍源、磷酸源混合并反应，经洗涤、烘干制得磷酸镍铁前驱体；

5、将所述磷酸镍铁前驱体和锂源混合，加入砷化铌、碳源后在有机溶剂进行研磨，制得浆料；

6、将所述浆料进行喷雾干燥，得到喷雾料；

7、将喷雾料置于密闭容器中，在惰性气体中进行烧结并反应，经粉碎制得包含碳和砷化铌的磷酸镍铁锂复合正极材料；其中，烧结的温度400-800℃，烧结时间16-24h。

8、在一些实施例中，制备方法满足下列条件中的至少一项：

9、1）所述铁源包括三氧二铁、四氧化三铁、氧化亚铁中的一种或多种；

10、2）所述镍源包括氧化镍、硫酸镍中的一种或多种；

11、3）所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、磷酸锂、草酸锂中的一种或多种；

12、4）所述碳源为葡萄糖、酚醛树脂、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种；

13、5）所述有机溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮中的一种或多种；

14、6）所述磷酸源包括磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠的一种或多种。

15、在一些实施例中，方法满足下列条件中的至少一项：

16、1)所述碳源为葡萄糖和聚乙二醇两种；

17、2)所述锰源为草酸亚锰；

18、3)所述有机溶剂为甲醇；

19、4)所述磷酸源与所述锂源为同一种。

20、在一些实施例中，铁源与所述镍源中的铁元素和镍元素的摩尔比为1:（0.0101-0.0109）。

21、在一些实施例中，研磨的时间为60-180min，浆料中固体颗粒的平均粒径dv50为1-3.5μm。

22、在一些实施例中，惰性气体包括氩气、氮气、氦气中的任意一种。

23、在一些实施例中，烧结包括第一烧结和第二烧结；第一烧结的温度400-450℃，第一烧结的时机为3-5h，然后升温至第二烧结，第二烧结的稳定为700-800℃；第二烧结的时间为13-21h。

24、第二方面，本申请提供了一种磷酸镍铁锂复合正极材料，包括通过第一方面的制备方法制得的磷酸镍铁锂复合正极材料。

25、在一些实施例中，所述磷酸镍铁锂复合正极材料包括：

26、核，包含磷酸镍铁锂正极材料颗粒，其化学通式为life1-xnixpo4 ，其中，0.01≤x≤0.08；

27、包覆层，至少部分包覆所述磷酸镍铁锂颗粒，包含碳和砷化铌；

28、在一些实施例中，基于所述磷酸镍铁锂复合正极材料的总质量，所述磷酸镍铁锂复合正极材料包含1%-3%的包覆层；

29、在一些实施例中，包覆层包含0.5%-2%的碳和0.1%-2%的砷化铌；

30、在一些实施例中，包覆层的厚度d为3-30nm。

31、第三方面，本申请提供了一种正极极片，正极极片包括正极集流体和位于所述正极集流体至少一侧的正极活性材料膜层，所述正极活性材料膜层包括第一方面的方法制得的磷酸镍铁锂复合正极材料或第二方面的磷酸镍铁锂复合正极材料。

32、第四方面，本申请提供了一种电池，包括第三方面的正极极片。

技术特征：

1.一种磷酸镍铁锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足下列条件中的至少一项：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法满足下列条件中的至少一项：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源与所述镍源中的铁元素和镍元素的摩尔比为1:（0.0101-0.0109）。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述研磨的时间为60-180min，浆料中固体颗粒的平均粒径dv50为1-3.5μm。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括氩气、氮气、氦气中的任意一种。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结包括第一烧结和第二烧结；第一烧结的温度400-450℃，第一烧结的时机为3-5h，然后升温至第二烧结，第二烧结的稳定为700-800℃；第二烧结的时间为13-21h。

8.一种磷酸镍铁锂复合正极材料，其特征在于，包括通过权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的磷酸镍铁锂复合正极材料；

9.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体和位于所述正极集流体至少一侧的正极活性材料膜层，所述正极活性材料膜层包括权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的磷酸镍铁锂复合正极材料或权利要求8所述的磷酸镍铁锂复合正极材料。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。

技术总结
本申请提供了一种磷酸镍铁锂复合正极材料的制备方法、正极材料、正极极片和电池。磷酸镍铁锂复合正极材料的制备方法包括：提供包含铁源、镍源、磷源、锂源、砷化铌和碳源的原料；将铁源、镍源、磷酸源混合并反应，经洗涤、烘干制得磷酸镍铁前驱体；将所述磷酸镍铁前驱体和锂源混合分散均匀之后，加入砷化铌、碳源后继续进行研磨，制得浆料；将所述浆料进行喷雾干燥，得到喷雾料；将喷雾料置于密闭容器中，在惰性气体中进行烧结并反应，经粉碎制得包含碳和砷化铌的磷酸镍铁锂复合正极材料。本申请的方法具有工艺简单、适合大规模生产的特点，可以改善电池的充放电倍率。

技术研发人员：伍青春,陈海林,傅昭,徐长美
受保护的技术使用者：湖南鹏博新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15