[發明專利]一種復合正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211615925.8
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115832256A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 余海軍;李長東;謝英豪;李愛霞
• 申請（專利權）人: 廣東邦普循環科技有限公司;湖南邦普循環科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 牛海燕

本發明提供一種復合正極材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括；將磷源、鋰源和Li_xM_yN_z混合，煅燒后得到所述復合正極材料；其中，0≤x2，0.8≤y≤2，0.5z0.8；所述M為金屬離子，所述N為含氰根離子的配離子，所述混合后形成的混合物呈酸性。本發明將磷源、鋰源和L_ixM_yN_z混合煅燒，L_ixM_yN_z煅燒分解的碳化物與磷源反應產生單質碳，由此可實現M元素、C元素及Li元素的原子級混合，從而形成碳包覆的復合正極材料。本發明工藝簡單，可實現碳的均勻包覆和形成顆粒內部的導電網絡，有效提高了復合正極材料的電化學性能。

技術領域

本發明屬于電極材料領域，具體涉及一種復合正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，國家大力支持電動汽車行業的發展，進而車企對電池企業的要求也日益增高，高比能量、長壽命、低成本的正極材料及其電池被迫切需要。鋰離子電池以其工作電壓高、比能量大、循環壽命長、污染小等優勢被電池企業選中。磷酸鹽正極材料由于其在結構穩定性、成本效益和環境友好性方面的優勢，因此作為商業層狀正極材料的潛在替代品引起了相當大的關注。

其中，磷酸錳鐵鋰是備受關注的一種磷酸鹽正極材料，然而材料本身較差的導電性是重要的缺陷，通常采用碳包覆磷酸錳鐵鋰方式來提高材料的導電性，目前的合成方法主要是將各種鐵鹽、磷酸、錳源混合制備前驅體，然后與鋰源和碳源混合，形成碳包覆磷酸錳鐵鋰。

例如，CN105762335A公開了一種兩步焙燒制備碳包覆磷酸錳鐵鋰材料的方法，所述方法包括：將磷酸錳鐵鋰的原料置于空氣中進行第一步焙燒；將空氣焙燒產物與碳源有機物在分散介質中混合均勻并干燥，得到中間產物；之后再將中間產物在惰性氣氛或弱還原氣氛保護下進行第二步焙燒，最后得到碳包覆磷酸錳鐵鋰材料。

CN111900344A公開了一種碳包覆磷酸錳鐵鋰正極材料的制備方法，首先將按Mn和Fe摩爾比配置過渡金屬鹽溶液A、磷溶液B和氨水溶液C同時滴加到反應釜中，制成磷酸錳鐵鋰正極材料前驅體；后前驅體按照摩爾比配鋰源，并加入包覆碳源和摻雜金屬化合物，惰性氣氛保護下煅燒得到碳包覆磷酸錳鐵鋰正極材料。

CN102249208A公開了一種鋰離子電池正極材料磷酸錳鐵鋰的水熱合成方法，所述方法的工藝步驟為：第一步，水熱合成反應制備LiMnxFe_1-xPO₄：將氫氧化鋰水溶液、硫酸亞鐵水溶液和磷酸，在攪拌條件下混合，密封后，在0.5-2.0小時內升溫至150-180℃，在0.48-1.0Mpa壓力下，反應0.5-4小時，冷卻至80℃以下，過濾；第二步，與有機物混合并干燥：濕濾餅與可溶性碳源有機物混合，噴霧干燥或閃蒸干燥；第三步，碳包覆處理：將LiMnxFe_1-xPO₄碳源復合物粉末在惰性氣體條件下，于600-750℃焙燒4-6小時，冷卻至150℃以下，得到碳包覆的磷酸錳鐵鋰鋰離子電池正極材料。

然而，上述工藝復雜，對材料顆粒內部的導電性影響甚微，且很難實現碳的均勻包覆，而且上述工藝難以實現Li元素、Fe元素和Mn元素的均勻混合，不能夠很好的發揮材料的性能，電化學性能提升有限。

因此，如何設計一種簡單的制備工藝來實現碳的均勻包覆和改善材料顆粒內部的導電性能，提高材料的電化學性能，是亟待解決的技術問題。

發明內容