[發(fā)明專利]一種包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109473675B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚強(qiáng)強(qiáng);徐宇興
• 申請（專利權(quán)）人: 中科廊坊過程工程研究院;中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用，采用兩種不同的碳源分兩步原位包覆制備得到了包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料，同時(shí)利用摻雜含氧化合物對磷酸鐵錳鋰正極材料進(jìn)行離子摻雜，能夠有效修復(fù)磷酸鐵錳鋰正極材料的晶格界面，阻止過渡金屬離子在電解液中的溶解，增強(qiáng)正極材料的循環(huán)壽命和循環(huán)穩(wěn)定性，提升材料的電化學(xué)性能。所得正極材料具有高倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，其在5C倍率時(shí)該包覆型正極材料的放電比容量＞148mAh/g，循環(huán)1000次后容量保持率＞92％，且制備工藝節(jié)約能耗，簡單易行，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)電源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于鋰離子二次電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

動力電池是決定新能源汽車商業(yè)化推廣的關(guān)鍵，其中占其總成本約35％的正極材料則是決定其性能的關(guān)鍵，也是其更新?lián)Q代的核心技術(shù)。

磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰皆是發(fā)展前景良好的鋰離子電池正極材料，其中，磷酸鐵鋰電壓平臺較低(3.4V)，材料的能量密度較低(578Wh/kg)，低溫性能較差。而磷酸錳鋰電壓平臺較高(4.1V)，低溫性能好，材料的能量密度較高(701Wh/kg)，但導(dǎo)電性更差。充分結(jié)合磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰各自的優(yōu)點(diǎn)所制備的磷酸鐵錳鋰正極材料，具有較高的放電比容量、較高的壓實(shí)密度等優(yōu)異的的電化學(xué)性能，已成為近年來研究的熱點(diǎn)。例如，CN108832119A中公開了一種碳摻雜磷酸鐵錳鋰的制備方法，將醋酸亞鐵、醋酸錳、磷酸二氫亞鐵、磷酸二氫錳和碳酸鋰加入純水，在密閉的反應(yīng)釜內(nèi)通入二氧化碳，攪拌至溶液變?yōu)榍宄?；通過噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，得到的物料在燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行煅燒，得到碳摻雜的高壓實(shí)磷酸鐵錳鋰。CN107834034A公開了一種利用石墨烯改善制備磷酸鐵錳鋰電極材料的方法，以醋酸鋰為鋰源，以醋酸亞鐵為鐵源，磷酸二氫銨為磷酸源，以草酸錳和石墨烯為摻雜原料，通過在無水乙醇中研磨獲得前驅(qū)體，然后在惰性氣氛下進(jìn)行熱處理獲得包覆石墨烯的磷酸鐵錳鋰正極材料，石墨烯摻雜主要是提高正極材料的導(dǎo)電性。CN106848309A公開了金屬碳納米管復(fù)合摻雜的磷酸錳鐵材料及其制備方法，通過采用金屬鎂、鈦、鈷、鋅、銣和碳納米管共同摻雜來提高磷酸鐵錳鋰的離子導(dǎo)電性和電子導(dǎo)電性。

上述專利分別采用石墨烯、金屬和碳納米管等摻雜來提高磷酸錳鐵鋰的壓實(shí)密度和導(dǎo)電性，但是其在大電流充放電時(shí)的倍率性能低和循環(huán)穩(wěn)定性仍然存在不足。因此，如何通過對包覆的方法進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高磷酸錳鐵鋰正極材料的電化學(xué)性能，依然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用，采用兩種不同的碳源分兩步原位包覆制備得到了包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料，同時(shí)利用摻雜含氧化合物對磷酸鐵錳鋰正極材料進(jìn)行離子摻雜，有效提升了材料的電化學(xué)性能，使其具有高倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將碳源C1、鐵源、錳源和表面活性劑混合，然后向其中加入氧化劑、磷源和磷酸得到混合漿料，對其進(jìn)行超聲處理，得到碳源C1原位摻雜的磷酸鐵錳；所述碳源C1由硫摻雜石墨烯和導(dǎo)電聚合物組成；

(2)將步驟(1)得到的C1原位摻雜的磷酸鐵錳與鋰源、氮摻雜含氧化合物、碳源C2混合后進(jìn)行砂磨，砂磨完成后噴霧干燥，得到正極材料前驅(qū)體；所述碳源C2為氮、磷共摻雜碳材料；

(3)將步驟(2)得到的正極材料前驅(qū)體升溫進(jìn)行煅燒，冷卻后得到所述包覆型磷酸鐵錳鋰正極材料。