[發明專利]碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710568748.5
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107482182B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 常鳳真;芮益民
• 申請（專利權）人: 紅寶麗集團南京鋰泰能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 王玉梅

本發明提供一種碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料及其制備方法，電極材料的化學式為LiM_xN_yMn_1?x?yPO₄，0.05≤x≤0.25，0.01≤y≤0.10，通過金屬元素的有效摻雜和碳原位包覆來提高鋰離子電池的大電流充電性能和放電性能。即添加一類氧化還原電位低于Mn³⁺/Mn²⁺電位的金屬M用于改善其鋰離子電池的放電性能；同時添加一類氧化還原電位高于Mn³⁺/Mn²⁺電位的金屬N用于改善其鋰離子電池的充電性能；碳原位包覆磷酸錳鋰本體材料，使其表面部分或全部碳層包覆，提高材料的電子電導率。本發明有效的提高了鋰離子電池的比容量和大電流充放電性能，在動力和儲能鋰離子電池領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及碳包覆離子摻雜磷酸錳鋰電極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其具備能量密度高、循環壽命長、無記憶效應、自放電低、對環境具備友好性等優點，作為最新一代高比能量化學電源已經廣泛應用于移動通訊、便攜式手提計算機、攝像機、照相機、便攜式儀器儀表等領域，也是各國大力研究的電動汽車的首選配套電源，因此發展鋰離子電池材料具有重要意義。近年來混合動力車(HEV)和純電動車(EV)的蓬勃發展，對電池容量和倍率放電性能以及充放電速度等方面都有更高的要求，這就意味著對正極材料有更高的要求。

目前廣泛研究的鋰離子電池正極材料主要是鋰過渡金屬氧化物，金屬氧化物如層狀結構的LiMO₂(M＝Co Ni Mn)和尖晶石型結構的錳酸鋰(LiMn₂O₄)，其中鈷酸鋰(LiCoO₂)成本較高、資源貧乏且毒性大；鎳酸鋰(LiNiO₂)制備困難，熱穩定性差；LiMn₂O₄容量較低，循環穩定性較差。鋰離子電池正極材料還有三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂比容量高、價格稍低，但循環壽命不長、存在安全隱患。同時，第一代動力電池磷酸鐵鋰正極材料也得到應用，其安全性能高，但電壓平臺僅為3.4V，理論比容量170mAh/g，電池能量密度較低。相比之下，同樣具有橄欖型結構的LiMnPO₄具有較高的電極電位，比LiFePO₄的電極電位高0.7V，滿足現有電解液的電壓使用范圍；同時LiMnPO₄具有171mAh/g的理論比容量。如果LiMnPO₄的實際容量發揮到與LiFePO₄相同的程度，其能量密度將比磷酸鐵鋰高20％以上；除此之外，我國擁有豐富的錳礦資源，錳源毒性小，價格便宜，對環境友好。因此，LiMnPO₄表現出了很強的吸引力，是目前更具發展前景的新型4V鋰離子電池正極材料。