(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111500963.4 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 合肥国轩电池材 料有限公司 地址 230000 安徽省合肥市庐江经济开发 区移湖西路厂房 (72)发明人 李圣宇　胡在京　方琴凤　徐懋　 饶媛媛　 (74)专利代理 机构 合肥天明专利事务所(普通 合伙) 34115 代理人 周静 (51)Int.Cl. C01B 25/45(2006.01) C01B 32/05(2017.01) H01M 4/58(2010.01) H01M 4/62(2006.01)H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料及其 自蔓延燃烧制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂 正极材料及其自蔓延燃烧制备方法， 该材料的制 备方法包括以下步骤： 将铁源、 磷源、 去离子水、 可溶性低碳脂肪醇混合均匀得到溶液A； 钒源经 预溶解后得到溶液B； 将溶液A和溶液B进行混合 得到混合盐溶液； 将纤维素加入混合盐溶液中并 分散均匀， 得到混合液； 对混合液进行加热蒸干 得到干凝胶； 加热干凝胶使其自蔓延燃烧分解， 得到磷酸铁活性材料前驱体； 将磷酸铁活性材料 前驱体与锂源、 碳源充分混合后， 在保护气体氛 围下进行煅烧获得钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极 材料。 本发 明制得的磷酸铁锂正 极材料的分散性 良好， 结构稳定性好， 由其制备的电池具有优良 的电化学性能。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 114261951 A 2022.04.01 CN 114261951 A 1.一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方法， 其特征在于： 包括以 下步骤： S1、 将铁源、 磷源、 去离子水、 可溶性低碳脂肪醇混合均匀得到溶液A； 钒源经预溶解后 得到溶液B； 将溶 液A和溶液B进行混合得到混合盐溶 液； S2、 将纤维素加入混合盐溶液中并分散均匀， 得到混合液； 对混合液进行加热蒸干得到 干凝胶； S3、 加热干 凝胶使其自蔓延燃烧分解， 得到磷酸铁活性材 料前驱体； S4、 将磷酸铁活性材料前驱体与锂源、 碳源充分混合后， 在 保护气体氛围下进行煅烧获 得钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材 料。 2.根据权利要求1所述的一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方 法， 其特征在于： 步骤S1中， 所述铁源为九水合硝酸亚铁、 乙酸亚铁、 硫酸亚铁中的至少一 种； 所述磷源为磷酸、 磷酸铵中的至少一种； 所述可溶性低碳脂肪醇为甲醇、 乙醇、 丙醇中的 至少一种。 3.根据权利要求1所述的一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方 法， 其特征在于： 步骤S1中， 所述钒源为 五价钒化合物， 包括偏钒 酸铵、 偏钒 酸钠和五氧化二 钒中的至少一种； 所述预 溶解的方法是将钒源加入热 水或草酸溶液中进行 溶解。 4.根据权利要求3所述的一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方 法， 其特征在于： 步骤S1中， 所述热水的温度为60～70℃； 所述草酸溶液中草酸质量浓度为 2％～4％。 5.根据权利要求1所述的一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方 法， 其特征在于： 步骤S2中， 所述纤维素为碱纤维素、 酸水解纤维素、 纤维素磺酸盐中的至少 一种； 所述混合液中纤维素的质量分数为0.1～6％； 所述加热蒸干的温度为75～10 0℃。 6.根据权利要求1所述的一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方 法， 其特征在于： 步骤S3中， 所述加热干 凝胶的温度为25 0～520℃。 7.根据权利要求1所述的一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方 法， 其特征在于： 步骤S4中， 所述锂源为碳酸锂、 磷酸二氢锂、 草酸锂、 一水氢氧化锂中的至 少一种； 所述 碳源为葡萄糖和维生素C中的至少一种。 8.根据权利要求1所述的一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料的自蔓延燃烧制备方 法， 其特征在于： 步骤S4中， 所述煅烧为分段煅烧， 具体为： 第一段以3～5℃/min升温至150 ～300℃保温4～6h， 第二段以3～5℃/min升温至500～800℃ 保温3～10h； 所述保护气体包 括氮气、 氩气中的至少一种。 9.一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料， 其特征在于： 其是采用如权利要求1 ‑8中任一 项所述的自蔓延燃烧制备 方法制备 得到。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114261951 A 2一种钒掺 杂纺锤形 磷酸铁锂正极材料及其自蔓延燃烧制备 方法 技术领域 [0001]本发明属于电池材料技术领域， 具体涉及 一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料及 其自蔓延燃烧制备 方法。 背景技术 [0002]橄榄石结构过渡金属磷酸盐磷酸铁锂(LiFePO4)是常用的锂离子正极材料之一， 理论比容量为170mA/g， 电压平台为3.7V， 在全充电状态下具有良好的热稳定性、 较小的吸 湿性和优良的充放电循环性能， 因此成为现今动力、 储能锂离子电池领域研究和生产开发 的重点。 但由于其本身结构的限制， 导致以LiFePO4为正极材料的锂离子电池导电率差、 锂 离子扩散速率慢， 在低 温条件下放电性能较差， 近年来的市场份额逐渐被三元正极材料取 代。 [0003]但随着刀片电池和CTP电池的相继推出， 磷酸铁锂电池最为人诟病的能量密度低 的这个问题被很大程度上改善。 同时， 相比三元锂电池， 磷酸铁锂电池低成本、 安全性、 环保 性上的优势逐渐凸显 。 [0004]目前国内外对于磷酸铁锂正极材料 的研究较多， 专利申请号： 201610974701.4公 开了一种以球形纳米级别的三氧化二铁颗粒为原料和模板来制备碳包覆的纳米球形磷酸 铁锂正极材料， 颗粒的粒径大小为450 ‑550nm， 具有较高的充放电性能和倍率性能。 专利申 请号： 202010171285.0公开了一种硼掺杂的磷酸铁锂材料， 通过磷酸铁锂材料一次颗粒的 大小来提高材料的压实密度。 [0005]但目前对于磷酸铁锂正极材料来说， 其制备工艺较为复杂、 成本较高， 且材料的放 电容量和倍率性能有待进一步提高。 发明内容 [0006]针对现有技术的不足， 本发明的目的是提供一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材料 及其自蔓延燃烧制备方法， 制备过程中以纤维素作为燃料， 具有价格低廉的优点， 并且使燃 烧更为充分， 进而使得制备 的磷酸铁锂正极材料 的颗粒粒度分布更为均匀。 该材料具有均 匀的纺锤形 结构， 具有优异的电化学性能， 可作为商用锂离 子电池正极材 料。 [0007]为实现上述目的， 本发明采用的技 术方案为： [0008]一种钒掺杂纺锤形磷酸铁锂正极材 料的自蔓延燃烧制备 方法， 包括以下步骤： [0009]S1、 将铁源和磷源按Fe:P摩尔比为1:1混合， 再加入适量去离子水和可溶性低碳脂 肪醇混合均匀， 得到溶液A； 优选的， 所述铁源为九水合硝酸亚铁、 乙酸亚铁、 硫酸亚铁中的 至少一种； 所述磷源为磷酸、 磷酸铵中的至少一种； 所述可溶性低碳脂肪醇指的是羟基与脂 肪烃基连接、 含有1～3个碳原子且和水互溶的醇类， 具体可为甲醇、 乙醇、 丙醇中的至少一 种。 [0010]钒源经预溶解后得到溶液B； 优选的， 所述钒源为五价钒化合物， 包括偏钒酸铵、 偏说　明　书 1/6 页 3 CN 114261951 A 3