[發明專利]一種磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310337412.3
• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116354385A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 曹文卓;閆昭;李婷
• 申請（專利權）人: 宜賓南木納米科技有限公司
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C01B25/45;C01B32/05;C01B32/15;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 殷炳蕾

本發明公開了一種磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料及其制備方法和應用，磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料包括：磷酸鈦鎂鋁鋰,以及包覆在磷酸鈦鎂鋁鋰外表面的氧化鋅和碳復合包覆層；氧化鋅和碳復合包覆層的厚度為10nm?3μm；磷酸鈦鎂鋁鋰的化學通式為Lisubgt;1.3+x/subgt;Alsubgt;0.3?x/subgt;Mgsubgt;x/subgt;Tisubgt;1.7/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;，其中，0.01≤x≤0.25；將磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料應用在鋰離子電池中，可以提高磷酸鈦鎂鋁鋰與電解液接觸的界面穩定性，遏制電池內部副反應，減少電解液和鋰源的損耗，從而提升電池長循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料技術領域，特別涉及一種磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

目前鋰離子電池已經廣泛應用于消費電子、電動汽車、儲能市場等人類社會的方方面面。商業化鋰離子電池大多使用有機液態電解液作為傳輸鋰離子的載體，然而，絕大多數電解液存在易燃易爆的特性，給鋰離子電池的應用帶來了安全隱患。

為了解決消費者對于鋰離子電池安全性方面的顧慮，行業內的學者和專家認為，未來鋰離子電池會逐步由液態向全固態發展，提高電池安全性的同時，進一步提升能量密度。然而這并非一個一蹴而就的過程，固態電解質在鋰離子電池中的質量占比，會遵循循序漸進的發展規律，逐步提升。

目前，將鋰離子固態電解質應用于正負極勻漿添加、活性材料包覆已經取得了一定的成效。磷酸鈦鎂鋁鋰作為一種新型鋰離子固態電解質材料，相比傳統的磷酸鈦鋁鋰材料含有更少化學計量數的鋰，更加廉價易得，用于現有的鋰離子電池正負極結構設計，可以提升電池的熱安全性，引入離子電導網絡，提高電池的電化學性能。然而，磷酸鈦鎂鋁鋰與電解液接觸以后，會發生副反應，導致電解液消耗，從而導致循環性能惡化。此外，磷酸鈦鎂鋁鋰與電解液接觸的界面形成鈍化層，會導致電極極化增大，導致倍率性能變差。

發明內容

本發明實施例提出了一種磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料及其制備方法和應用，為了解決磷酸鈦鎂鋁鋰應用在鋰離子電池中，存在的與電解液接觸發生副反應，導致電解液消耗，從而導致循環性能惡化的問題，以及磷酸鈦鎂鋁鋰與電解液接觸的界面形成鈍化層，導致電極極化增大，倍率性能變差的問題。

本發明實施例通過氣相法或液相法或固相法在磷酸鈦鎂鋁鋰的外表面形成氧化鋅和碳復合包覆層，得到磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料，將該磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料作為添加劑應用在鋰電池的正、負極極片中，可以同時在鋰離子電池電極材料的內部引入離子導電網絡和電子導電網絡，二者耦合后形成的混合電導網絡，可以極大地減小電池極化，改善電池充放電倍率性能，同時，氧化鋅可以使碳包覆層在確保良好電子電導率的前提下，改善電解液浸潤性，避免電池極化的發生，進一步改善鋰離子電池的充放電倍率性能；此外，本發明實施例磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料結構設計簡單，與現有生產工藝相兼容，可以提高磷酸鈦鎂鋁鋰與電解液接觸的界面穩定性，遏制電池內部副反應，減少電解液和鋰源的損耗，從而提升電池長循環性能。

本發明實施例提供了一種磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料，所述磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料包括：磷酸鈦鎂鋁鋰,以及包覆在所述磷酸鈦鎂鋁鋰外表面的氧化鋅和碳復合包覆層；

所述磷酸鈦鎂鋁鋰的化學通式為Li?_1.3+xAl_0.3-xMg_xTi_1.7(PO₄)₃，其中，0.01≤x≤0.25；

所述氧化鋅和碳復合包覆層的厚度為10nm-3μm。

優選的，所述磷酸鈦鎂鋁鋰的粒徑D50在50nm-5μm之間；

所述磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料的粒徑D50在60nm-8μm之間。

優選的，所述氧化鋅和碳復合包覆層的質量占所述磷酸鈦鎂鋁鋰復合材料的質量百分比為0.05％-15％。