[發(fā)明專利]一種碳與磷酸鍺鋁鋰雙重包覆的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法

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• 申請日: 2022-10-09
• 公開（公告）號: CN115498162A
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設計）人: 張公平;方明;曹棟強;龔麗鋒;李宜薄;郝培棟;王博;蘇方哲;鄭紅;孫仕昊;任柯柯;吳青
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江格派鈷業(yè)新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙) 33220
• 代理人: 沈蘭蘭

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種碳與磷酸鍺鋁鋰雙重包覆的磷酸錳鐵鋰正極材料及其制備方法。本發(fā)明制備方法包括以下步驟：1）將鋰源、鐵源、錳源、磷源和有機碳源料液進行球磨，得到漿料；2）將漿料干燥后進行一燒、粉碎；3）將一燒的磷酸錳鐵鋰半成品加入磷酸鍺鋁鋰前驅(qū)體包覆液中，攪拌均勻后經(jīng)干燥、粉碎、二燒以及后處理得到碳與磷酸鍺鋁鋰雙重包覆的磷酸錳鐵鋰正極材料。本發(fā)明將高導電性的無定型碳與高穩(wěn)定性的快離子導體磷酸鍺鋁鋰材料作為包覆劑包覆在磷酸錳鐵鋰表面，阻止電解液與正極材料的直接接觸，提高Li⁺在材料中的傳輸速率，從而整體提升材料的首圈庫倫效率、高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種碳與磷酸鍺鋁鋰雙重包覆的磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種新型能源設備越來越受到重視，與過渡金屬氧化物材料(如LiCoO₂)相比，橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO₄(M=Mn，F(xiàn)e，Co和Ni)等化合物具有較高的能量密度和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。LiFePO₄(LFP)材料從這些橄欖石結(jié)構(gòu)的正極材料中脫穎而出，已在電動/混合動力汽車的電池或儲能發(fā)電站等領(lǐng)域得到廣泛應用。

相較于LiFePO₄(LFP)，LiMnPO₄(LMP)由于具有較高的工作電壓（4.1V vs. Li^＋/Li）和與LiFePO₄（LFP）相同的理論電容量（171mAh/g），理論上能量密度比LiFePO₄（3.4V vs. Li^＋/Li）高21％，被認為是有望取代LiFePO₄實現(xiàn)商業(yè)化的下一代正極材料。但其在充放電過程中存在Mn³⁺的Jahn-TelIer效應，造成晶格的扭曲，Mn³⁺的溶解以及更低的鋰離子擴散速率和電子電導率（10^-10S cm^-1）等不利因素，對電池性能的發(fā)揮造成了嚴峻的挑戰(zhàn)。

研究發(fā)現(xiàn)，用鐵取代錳位點對提高材料電化學性能非常有效，橄欖石LiMn_xFe_yPO₄(LMFP)結(jié)合了LiMnPO₄的高能量密度和LiFePO₄的循環(huán)穩(wěn)定性。但由于LiMn_xFe_yPO₄(LMFP)仍屬于橄欖石型的結(jié)構(gòu)，同樣面臨LiFePO₄(LFP)與LiMnPO₄(LMP)電子電導率和鋰離子擴散速率低的問題。在LiMn_xFe_yPO₄(LMFP)上復合其他材料，利用復合組分之間的協(xié)同作用發(fā)揮出更好的電化學性能，比如，提高材料的電子電導率和鋰離子傳輸速率、抑制Mn的溶解和副反應的發(fā)生等。

為解決LiMn_xFe_yPO₄(LMFP)正極材料存在的問題，充分發(fā)揮材料的性能，目前常用的方法主要有材料的納米化、體相摻雜和表面包覆。

因此，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能同時提高LiMn_xFe_yPO₄(LMFP)的導電性、循環(huán)穩(wěn)定性的制備方法甚為必要。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決LiMn_xFe_yPO₄(LMFP)材料所存在的以上問題，本發(fā)明旨在提供一種碳與磷酸鍺鋁鋰雙重包覆的磷酸錳鐵鋰正極材料及其制備方法，通過包覆層阻止電解液與正極材料直接接觸，同時導電碳層與快離子導體有利于提高Li⁺與電子的傳輸速率，使得材料的性能得到明顯提升。