[發明專利]正極材料及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202110738196.4
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113571705A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 何向明;王莉;胡喬
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京華睿新能動力科技發展有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王勤思

本發明涉及一種正極材料，包括主要成分為磷酸鐵錳鋰LiMn_0.7Fe_0.3PO₄和磷酸釩鋰Li₃V₂(PO₄)₃的基體，以及所述基體外包覆的石墨烯。本發明還涉及所述正極材料的制備方法。本發明進一步涉及包括所述正極材料的鋰離子電池。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為目前重要的新型綠色能源，已經廣泛地應用到人們的生活當中。自從1980年Goodenough等提出了氧化鈷鋰(LiCoO₂)作為鋰離子電池的正極材料，1990年Sony公司將鋰離子電池進行商業化之后，涌現了很多新型的鋰離子電池正極材料，比如磷酸鐵鋰(LiFePO₄)、鎳酸鋰(LiNiO₂)、錳酸鋰(LiMnO₂)、磷酸釩鋰(Li₃V₂(PO₄)₃)等。磷酸鐵鋰由于其原料來源廣泛、價格更低廉且無環境污染受到了極大的關注并引起廣泛地研究和迅速的發展，然而LiFePO₄的電壓平臺較低(3.4V，vs.Li/Li⁺)，相較于LiFePO₄，LiMnPO₄與LiFePO₄結構相似，同樣具有環境友好、與電解液兼容性好等優點，且LiMnPO₄具有4.0V(vs.Li/Li⁺)的高電壓平臺，其能量密度可提高約20％。然而，LiMnPO₄的電子和鋰離子電導率相比于LiFePO₄低了一個量級，而且在充放電過程中LiMnPO₄/MnPO₄之間存在姜泰勒效應和Mn²⁺溶解于電解液等問題，都使得LiMnPO₄結構被破壞，很難獲得優異的循環和倍率性能。

目前，對LiMnPO₄進行部分Fe²⁺取代形成磷酸鐵錳鋰成為了市場上一種主流的方法，該材料兼具高能量密度和循環穩定的優點，然而，磷酸鐵錳鋰的電導率仍然較低，限制了其在大電流密度下的可逆比容量，難以滿足市場的需求。

發明內容

基于此，有必要提供一種能夠具有更高電導率的正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

本發明的一個方面，提供一種正極材料，包括主要成分為磷酸鐵錳鋰LiMn_0.7Fe_0.3PO₄和磷酸釩鋰Li₃V₂(PO₄)₃的基體，以及所述基體外包覆的石墨烯。

在其中一個實施方式中，所述磷酸釩鋰和磷酸鐵錳鋰的質量比為x:(1-x)，其中，0＜x≤0.3。

在其中一個實施方式中，基于正極材料的總重量，所述石墨烯含量的2wt％～3wt％。

在其中一個實施方式中，所述正極材料為類橢球形的顆粒，顆粒的尺寸為100nm～150nm。

本發明還一個方面，提供一種所述的正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將鋰源、釩源、磷源和第一碳源按照預定比例混合，得到所述磷酸釩鋰的前驅體；

將所述磷酸釩鋰的前驅體在惰性氣氛下進行燒結處理，得到磷酸釩鋰預燒粉；

將所述磷酸釩鋰預燒粉、所述磷酸鐵錳鋰的前驅體和第二碳源按照預定比例混合，得到正極材料前驅體；

將所述正極材料前驅體在惰性氣氛下進行燒結處理，得到正極材料。