本發(fā)明涉及鋰電池，尤其涉及一種鋰電池正極材料及其制備方法和鋰電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池（libs）以其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和環(huán)境友好性等特點(diǎn)，在便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車上得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著對(duì)高性能電池需求的不斷增加，開(kāi)發(fā)具有更高能量密度、更長(zhǎng)循環(huán)壽命和更高安全性的正極材料變得尤為重要。

2、lifepo4（lfp）具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、環(huán)境友好性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，已經(jīng)成為商用libs中廣泛使用的正極材料。然而，lfp的較低電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性限制了其高倍率性能和實(shí)際應(yīng)用。為提高能量密度，研究人員探索用其它過(guò)渡金屬（mn、co和ni）取代fe，其中在晶體結(jié)構(gòu)中用mn代替fe，形成life1-xmnxpo4（lfmp），具有較好的成本效益和良好的電化學(xué)性能。

3、然而，lfmp具有低電導(dǎo)率的缺點(diǎn)，研究人員嘗試通過(guò)摻雜、包覆和納米化等方法來(lái)提高lfmp的導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。在眾多改性方法中，摻雜是一種有效的提高lfmp導(dǎo)電性的方法，通過(guò)摻入過(guò)渡金屬，可以顯著改善材料的電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散系數(shù)，從而提高電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明的目的是提供一種鋰電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用，通過(guò)引入鈰和鎂，不僅增加了lfmp材料的電子導(dǎo)電性，還改善了lfmp材料的離子導(dǎo)電性，從而顯著提升了鋰離子電池的電化學(xué)性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明先提供一種鋰電池正極材料，鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：

4、s1.將鋰鹽溶液加入到二元醇和磷酸溶液的混合溶液中，加入抗氧化劑、鐵鹽、鎂鹽、錳鹽和鈰鹽充分混合，形成懸浮液；

5、s2．將所述懸浮液熱處理后，過(guò)濾、洗滌、干燥，得產(chǎn)物；

6、s3.將所述產(chǎn)物與碳源混合得混合物，將所述混合物球磨后燒結(jié)，即得li(fe0.5mn0.5)1-2.5xcexmgypo4/c鋰電池正極材料，其中0≤x≤0.1，x=y。

7、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述二元醇、所述磷酸溶液、所述鋰鹽溶液的體積比為5~100:5~20:1。

8、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述磷酸溶液的濃度為0.5~2m，所述鋰鹽溶液的濃度為1~5m。

9、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述鋰鹽溶液、鐵鹽、錳鹽、鎂鹽、鈰鹽的添加量滿足：鋰元素、鐵元素、錳元素、鎂元素、鈰元素的摩爾比為1：0.5-1.25x：0.5-1.25x：x：x。

10、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述鋰鹽溶液為氫氧化鋰水溶液或碳酸鋰水溶液；和/或，所述二元醇為乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇中的一種；和/或，所述抗氧化劑為l-抗壞血酸、亞硫酸鈉、谷胱甘肽、亞硝酸鹽中的一種；和/或，所述鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵、磷酸亞鐵中的一種；和/或，所述鎂鹽為鎂硫酸鹽或氯化鎂；和/或，所述錳鹽為錳硫酸鹽或氯化錳；和/或，所述鈰鹽為硝酸鈰六水合物。

11、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s2中，所述熱處理是在150~230℃下加熱10~20h。

12、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s3中，所述碳源為葡萄糖、玉米淀粉、麥芽糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、檸檬酸中的一種；

13、和/或，步驟s3中，所述混合物中，所述碳源的重量百分比為10%~30%；

14、和/或，步驟s3中，所述燒結(jié)包括：在保護(hù)氣氛下升溫至450~550℃并在450~550℃下燒結(jié)3~5h，再升溫至600~700℃并在600~700℃下燒結(jié)5~7h，再升溫至700~900℃并在700~900℃下燒結(jié)10~15h。

15、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s3中，所述燒結(jié)的加熱速度為5℃/min，所述保護(hù)氣氛為氬氣氣氛，氬氣的進(jìn)氣速度為3~4l/min。

16、本發(fā)明還提供一種鋰電池正極材料，其采用如前所述的制備方法制備得到的。

17、本發(fā)明還提供一種鋰電池，其包括正極極片，所述正極極片包括正極集流體和設(shè)置在所述正極集流體上的正極活性涂層，所述正極活性涂層中包括如前所述的制備方法制備得到的鋰電池正極材料。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、本發(fā)明采用溶劑熱法，以二元醇為溶劑，并利用抗氧化劑防止過(guò)渡金屬氧化，合成了不同鈰和鎂摻雜量的材料li(fe0.5mn0.5)1-2.5xcexmgypo4/c，通過(guò)鈰和鎂摻入到lfmp中鐵和錳的位點(diǎn)，促進(jìn)li-o鍵長(zhǎng)度增加，促進(jìn)li+在lfmp中擴(kuò)散作用，不僅增加了材料的電子導(dǎo)電性，還改善了離子導(dǎo)電性，從而顯著提升了鋰離子電池的電化學(xué)性能。

20、本發(fā)明制備的li(fe0.5mn0.5)1-2.5xcexmgypo4/c材料中，當(dāng)鐵元素、錳元素、鎂元素、鈰元素的摩爾比為0.4625:0.4625:0.03:0.03時(shí)，電化學(xué)性能最為突出，在0.1c時(shí)的容量高達(dá)160.19mah/g，循環(huán)100次后的容量保持率為91.52%，與未摻雜的lfmp相比，本發(fā)明摻雜鈰和鎂明顯提高了鋰離子電導(dǎo)率。

技術(shù)特征：

1.一種鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述二元醇、所述磷酸溶液、所述鋰鹽溶液的體積比為5~100:5~20:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述磷酸溶液的濃度為0.5~2m，所述鋰鹽溶液的濃度為1~5m。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述鋰鹽溶液、鐵鹽、錳鹽、鎂鹽、鈰鹽的添加量滿足：鋰元素、鐵元素、錳元素、鎂元素、鈰元素的摩爾比為1：0.5-1.25x：0.5-1.25x：x：x。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述鋰鹽溶液為氫氧化鋰水溶液或碳酸鋰水溶液；和/或，所述二元醇為乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇中的一種；和/或，所述抗氧化劑為l-抗壞血酸、亞硫酸鈉、谷胱甘肽、亞硝酸鹽中的一種；和/或，所述鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵、磷酸亞鐵中的一種；和/或，所述鎂鹽為鎂硫酸鹽或氯化鎂；和/或，所述錳鹽為錳硫酸鹽或氯化錳；和/或，所述鈰鹽為硝酸鈰六水合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述熱處理是在150~230℃下加熱10~20h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述碳源為葡萄糖、玉米淀粉、麥芽糖、蔗糖、果糖、聚乙二醇、檸檬酸中的一種；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述燒結(jié)的加熱速度為5℃/min，所述保護(hù)氣氛為氬氣氣氛，氬氣的進(jìn)氣速度為3~4l/min。

9.一種鋰電池正極材料，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的。

10.一種鋰電池，其包括正極極片，所述正極極片包括正極集流體和設(shè)置在所述正極集流體上的正極活性涂層，其特征在于，所述正極活性涂層中包括如權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的鋰電池正極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種鋰電池正極材料及其制備方法和鋰電池，所述制備方法包括以下步驟：將鋰鹽溶液加入到二元醇和磷酸溶液的混合溶液中，加入抗氧化劑、鐵鹽、鎂鹽、錳鹽和鈰鹽充分混合，形成懸浮液；將所述懸浮液熱處理后，過(guò)濾、洗滌、干燥，得產(chǎn)物；將所述產(chǎn)物與碳源混合得混合物，將所述混合物球磨后燒結(jié)，即得鋰電池正極材料。本發(fā)明采用溶劑熱法，以二元醇為溶劑，并利用抗氧化劑防止過(guò)渡金屬氧化，合成了不同鈰和鎂摻雜量的正極材料，通過(guò)鈰和鎂摻入到LFMP中鐵和錳的位點(diǎn)，促進(jìn)Li?O鍵長(zhǎng)度增加，促進(jìn)Li<supgt;+</supgt;在LFMP中擴(kuò)散作用，不僅增加了材料的電子導(dǎo)電性，還改善了離子導(dǎo)電性，從而顯著提升了鋰離子電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：曹劉俊,彭喜璇,高勝仕,汪志全
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥國(guó)軒電池材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8