[發明專利]鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611217375.9
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106803574B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 阮殿波;李林艷;周洲;黃益;喬志軍
• 申請（專利權）人: 寧波中車新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發明涉及鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。該正極材料為LMP/PEG?PTh復合材料，LMP/PEG?PTh復合材料中PTh的質量百分比為1?15％。其制備方法為：以LMP材料為核，在LMP核表面附著PEG，得到LMP/PEG復合材料；再在LMP/PEG復合材料表面沉積導電聚合物PTh，得到PTh/PEG?PTh復合材料。本發明PEG不僅可以在LMP表面形成包覆層，抑制錳的溶解，而且是一種良好的固態聚合物電解質基體，可以促進鋰離子的傳輸。而PTh包覆層具有較高電導率，可以降低LMP界面間的電荷轉移電阻，提高鋰離子和電子的表面遷移速率，進而改善了電極的倍率性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及鋰離子電池正極材料及其制備方法和在鋰離子電池中的應用。

背景技術

動力鋰離子電池具有壽命長、能量密度大和電壓平臺高等優點，是新能源產業發展的一個重要方向。目前，鋰離子常用的正極材料主要是鋰過渡金屬氧化物，包括LiCoO₂、LiNi₁/₃Co_l/₃Mn₁/3O₂、尖晶石結構的LiMn₂O₄以及聚陰離子類正極材料如橄欖石結構的LiFePO₄。

LiMnPO₄(LMP)也屬于橄欖石型結構，正交晶系，它的特殊結構使其具有優異的熱力學和動力學穩定性。作為正極材料時具有4.1V的高電位，處于現有電解液的穩定電化學窗口，理論比容量為171mAh/g。由于其比LiFePO₄電位高0.7V，據相似的放電比容量和壓實密度測算，LMP電池的能量密度較LiFePO₄提高約20％，且原料來源廣泛，具有廣闊的發展前景。但是LMP材料也有其自身的缺陷，其中最大的問題是電子導電性和離子遷移率低。還有一個問題就是與錳酸鋰一樣存在錳溶解的問題，LMP與電解液接觸，錳離子易溶解在電解液中，導致LMP結構坍塌，容量衰減快，其倍率性能和循環性能不理想。

現有技術中提高LMP材料導電性的一個常用的方法是進行碳包覆，如中國發明專利(公開號：CN102412398A)通過采用過渡金屬化合物作為催化劑和摻雜元素對熱解的碳氫氣體進行催化，制備原位碳納米管復合的磷酸錳鋰材料，得到電導率高的碳納米管/LMP復合材料。該技術存在的問題是碳顆粒與LMP顆粒之間有間隙，顆粒之間比較松散，且LMP與碳容易脫離，導致碳的導電性發揮不佳。現有技術中為了抑制LMP材料中錳的溶解，可以對其包覆另一種材料，防止其LMP與電解液直接接觸，如中國發明專利(公開號：CN103794789A)制備了一種鋰離子電池磷酸亞鐵錳鋰核殼正極材料，其中核層為磷酸錳鋰，殼層為磷酸鐵鋰，該復合材料電化學性能得到很大改善。但是進行磷酸鐵鋰包覆，材料的導電性沒有得到很大改善。

因而，研究者們開始把目光轉向了導電聚合物。導電聚合物制備容易、導電性強，且具有電化學活性，將無機材料與導電聚合物進行復合制備復合材料的研究成為了新熱點。如中國發明專利(公開號：CN104956523A)公開了一種導電聚合物在電池組電極中的用途，并具體公開了一種陰極即正極漿料組合物的制備方法，組合物中包括a)導電聚合物配合物PEDOT/PSS，b)至少一種鋰離子化合物，優選LiFePO₄，c)至少一種溶劑的組合物。PEDOT/PSS具有較高的導電性，在陰極中作導電劑。但是PEDOT/PSS以顆粒形式存在，如果鋰離子化學物為LMP則不能對其進行很好的包覆。又如中國發明專利(公開號：CN103606678A)公開了一種鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰-導電多聚物的制備方法，具體為：制備純相磷酸錳鋰，再將其與有機碳源化合物球磨混合，然后采用低溫熱處理得到磷酸錳鋰-導電多聚物。但是，由于該專利中導電聚合物需要進行熱處理，提高了能耗需求及生產成本。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的問題，提出了一種具有良好倍率性能和循環性能的鋰離子電池正極材料。