[發明專利]一種磷酸錳鐵鋰系正極材料、正極、鋰離子電池及制備方法

有效

• 申請號: 202210469827.1
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114975990B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 何蕊;魏愛佳;白薛;李曉輝;張利輝;劉振法
• 申請（專利權）人: 河北省科學院能源研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/058;H01M4/136
• 代理公司: 河北國維致遠知識產權代理有限公司 13137
• 代理人: 任青

本發明公開一種磷酸錳鐵鋰系正極材料、正極、鋰離子電池及制備方法。所述磷酸錳鐵鋰系正極材料包括磷酸錳鐵鋰系基體和包覆基體的包覆層；磷酸錳鐵鋰系基體的通式為Lisubgt;a/subgt;Fesubgt;m/subgt;Mnsubgt;n/subgt;Msubgt;1?m?n/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;1?b/3/subgt;Xsubgt;b/subgt;，M為Y、Nb或Mo中至少一種，X為鹵素；包覆層為Mg、N兩種元素共摻雜的多孔碳材料。通過在磷酸錳鐵鋰材料中摻雜過渡金屬元素，提高了成核速率，有利于制備出小粒徑的磷酸錳鐵鋰系材料，從而有利于提高材料的壓實密度，且有利于將磷酸錳鐵鋰系材料包覆到多孔碳材料的孔道結構中；同時，在磷酸錳鐵鋰材料中適量摻雜過渡金屬元素，材料有更快的Lisupgt;+/supgt;離子脫/嵌反應動力學，從而有利于正極材料倍率性能的提高。

技術領域

本發明涉及電化學材料技術領域，尤其涉及一種磷酸錳鐵鋰系正極材料、正極、鋰離子電池及制備方法。

背景技術

當前，從國內外新能源汽車發展現狀來看，電池種類豐富多樣，而市場對電池最關心的關鍵指標集中在五大方面：安全穩定性能、循環壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度。在這五個指標中完全性可謂是重中之重，也是電動汽車大規模普及亟待解決的問題。安全是發展電動汽車的前提，根據國家平臺監測的統計，去年5月份至年底，一共發生了113起新能源汽車事故，電池的安全問題引起了人們的高度重視。

目前，鋰離子電池依據使用的正極材料不同，分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、三元材料電池和磷酸鐵鋰系電池等。鈷酸鋰電池安全性差、成本高，主要用于小型號電芯，且鈷資源稀缺，價格較高。錳酸鋰電池成本低，但是錳酸鋰電池容易分解產生氣體，循環性能衰減快。三元電池能量密度高，但熱穩定性較差，在200℃左右的外界溫度下就會分解并釋放出氧氣，與電池里的可燃電解液、碳材料接觸很容易在極短的時間內發生爆燃。磷酸鐵鋰系材料穩定性較高，在700℃才會發生分解，且不會釋放氧氣，具有其他材料無法比擬的安全性，并且循環壽命較長，因此，在電動汽車領域具有廣闊的應用前景。

但是，磷酸鐵鋰正極材料受限于自身較低的壓實密度(2.2/cm)、克容量(145mAh/g)和電壓平臺(3.2V)，限制了磷酸鐵鋰系正極材料在新能源電動車市場上的大規模應用。磷酸鐵錳鋰正極材料由于Mn的引入，在放電平臺和導電性上都有不同程度的改善，但其倍率性能和比容量仍不理想，還不能滿足其作為動力鋰離子電池正極材料的應用需求。因此，研制一種倍率性能和電池容量性能優異的磷酸鐵錳鋰系正極材料，對于鋰離子電池的發展具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有的鋰離子電池中磷酸鐵錳鋰正極材料存在的容量性能和倍率性能較差的問題，本發明提供一種磷酸錳鐵鋰系正極材料、正極、鋰離子電池及制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

一種磷酸錳鐵鋰系正極材料，包括磷酸錳鐵鋰系基體和包覆所述磷酸錳鐵鋰系基體的包覆層；

所述磷酸錳鐵鋰系基體的通式為Li_aFe_mMn_nM_1-m-n(PO₄)_1-b/3X_b，其中，M為Y、Nb或Mo中至少一種，X為鹵素，1≤a≤1.05，0.4≤m≤0.9，0.1≤n≤0.5，0.1≤b≤0.3，且1-m-n≠0；

所述包覆層為Mg、N三種元素共摻雜的多孔碳材料。