[發明專利]一種正極材料及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請號: 202211248702.2
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115548307A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 劉毅;王雪瑩;彭曉曦
• 申請（專利權）人: 寧波容百新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525;C01B32/914;C01B25/45;C01B32/05
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 金銀花

針對現有技術中缺乏一種能量密度和離子導電率俱佳的正極材料的問題，本申請實施例提供一種正極材料及其制備方法、鋰離子電池，用以提升磷酸錳鐵鋰正極材料的離子導電率，從而使該正極材料的容量得以提升。該正極材料包括：內層材料和包覆所述內層材料的包覆層，所述內層材料為LiFe_xMn_1?xPO₄，所述包覆層包括Nb₂C MXene和碳；其中，0＜x≤0.5。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種正極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因具備工作電位高、比能量高、環境友好等優勢而廣泛應用于多個領域之中。例如，電動汽車，電腦等電子產品等等。對于鋰離子電池來說，活性組成，尤其是正極材料的組分往往對鋰離子電池的性能起到決定性的影響因素。

由于安全性高、成本低、循環穩定性高，橄欖石型結構的磷酸鐵鋰已成功實現產業化。在此基礎上，為進一步改善磷酸鐵鋰的能量密度，磷酸錳鐵鋰應運而生。較之磷酸鐵鋰，盡管磷酸錳鐵鋰的能量密度得以提升，但因離子導電率低的原因其容量難以揮發。現有技術中，為了提升磷酸錳鐵鋰材料的離子導電率通常利用碳包覆的方法提升磷酸鐵錳鋰材料的離子導電率。然而，這種碳包覆磷酸錳鐵鋰正極材料在充電-放電過程中，因出現碳沉積現象而致使正極材料出現穩定性惡化的問題。因此，現有技術中缺乏一種能量密度和離子導電率俱佳的正極材料。

發明內容

針對現有技術中缺乏一種能量密度和離子導電率俱佳的正極材料的問題，本申請實施例提供一種正極材料及其制備方法、鋰離子電池，用以提升磷酸錳鐵鋰正極材料的離子導電率，從而使該正極材料的容量得以提升。

第一方面，本申請實施例提供一種正極材料，包括：內層材料和包覆所述內層材料的包覆層，所述內層材料為LiFe_xMn_1-xPO₄，所述包覆層包括Nb₂C MXene和碳；其中，0＜x≤0.5。

本申請實施例通過包覆磷酸錳鐵鋰材料，在利用磷酸錳鐵鋰能量密度以及穩定性佳的基礎上，基于Nb₂C MXene包覆層具備二維類石墨烯結構、良好的力學性能，使得Nb₂CMXene包覆層能以層層堆疊的形式包覆內層材料(即磷酸錳鐵鋰材料)，并提高正極材料的離子導電率，從而提升上述正極材料的容量。同時，包覆層可抑制磷酸錳鐵鋰材料與電解液之間的副反應，從而提升磷酸錳鐵鋰正極材料的穩定性。并且，Nb₂C MXene包覆層可有效抑制上述正極材料中磷酸錳鐵鋰材料在充電-放電過程中錳離子(Mn²⁺)的溶出現象，從而緩解充電-放電過程中，錳離子持續溶出致使橄欖石型的磷酸錳鐵鋰材料結構不穩定的問題，進而提升磷酸錳鐵鋰正極材料的穩定性。另外，由于包覆層中Nb₂C Mxene為二維層狀結構，該二維層狀結構可促使包覆層中的碳相對平整且穩定的分布于其層與層之間的空間中，因此可避免充電-放電過程中因包覆層中碳移動而出現碳沉積的問題，從而更進一步提升磷酸錳鐵鋰正極材料的穩定性。

一種可能的實施方式，所述包覆層的質量為所述內層材料的質量的15wt％-19wt％。

一種可能的實施方式，所述包覆層中所述碳與所述Nb₂C MXene之間的質量比為2.40:1-4.67:1。

一種可能的實施方式，所述包覆層的厚度為1-5nm。

一種可能的實施方式，所述正極材料的壓實密度大于2.2g/cm³。

一種可能的實施方式，所述正極材料的中位粒徑為2-30微米。

第二方面，本申請實施例提供一種如第一方面及任一種可能的實施方式所述的正極材料的制備方法，包括：