[發(fā)明專利]改性磷酸鹽系正極材料、其制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310601308.0
• 申請日: 2023-05-25
• 公開（公告）號: CN116613290A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐榮益;楊藝;孔令涌;李意能
• 申請（專利權(quán)）人: 曲靖市德方納米科技有限公司;佛山市德方納米科技有限公司;深圳市德方納米科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136;H01M10/0525;C01B25/45
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 崔熠

本發(fā)明公開了一種改性磷酸鹽系正極材料、其制備方法及應(yīng)用，涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域。針對磷酸鹽系正極材料基礎(chǔ)上通過采用鈦錳共摻雜和碳材料改性同時進(jìn)行的方式，使制備得到的鈦錳共摻雜的磷酸鹽系正極材料中還含有碳材料，得到的材料為CNT/RGO?LiFesubgt;1?x?y/subgt;Mnsubgt;x/subgt;Tisubgt;y/subgt;POsubgt;4/subgt;。一方面，Ti、Mn取代磷酸鹽系正極材料中的Fe元素，可形成鈦?氧鍵和錳?氧鍵，有利于電子和離子的遷移；另一方面，通過CNT/RGO改性，提高了材料的導(dǎo)電性及穩(wěn)定性，兩者協(xié)同作用，共同提高材料的電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種改性磷酸鹽系正極材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰是一種鋰離子電池電極材料，化學(xué)式為LiFePO₄，主要用于各種鋰離子電池。磷酸鐵鋰主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：(1)儲能設(shè)備，如太陽能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等；(2)電動工具類，如電鉆、除草機等；(3)輕型電動車輛，如電動機車、電動自行車、休閑車、高爾夫球車、電動推高機、清潔車、混合動力汽車(HEV)等；(4)小型設(shè)備，如電動輪椅車、電動代步車、遙控電動飛機、遙控電動車、遙控電動船等。可見，磷酸鐵鋰是目前應(yīng)用非常廣泛的一類鋰離子電池電極材料。

現(xiàn)有LiFePO₄正極材料的制備一般采用鐵源、鋰源、磷源、碳源，經(jīng)球磨混合后，在氮氣氣氛下，經(jīng)過燒結(jié)，形成碳包覆的多晶結(jié)構(gòu)。一般還需要在燒結(jié)之后再次摻雜改性，操作繁瑣。

但是，目前的制備方法得到的LiFePO₄正極材料普遍存在著電化學(xué)性能不佳、制備過程繁瑣等問題。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種改性磷酸鹽系正極材料及其制備方法，旨在顯著改善正極材料的電化學(xué)性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種正極極片及鋰離子電池，旨在提高其電化學(xué)性能和循環(huán)性能。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供一種改性磷酸鹽系正極材料，包括含鈦錳的磷酸鹽系顆粒和碳材料，所述磷酸鹽系顆粒的化學(xué)式為LiFe_1-x-yMn_xTi_yPO₄，0.5≤x≤0.8，0y≤0.2，所述碳材料選自碳納米管(CNT)和石墨烯(RGO)中的至少一種，且所述碳材料穿插于磷酸鹽系顆粒間隙中。

在可選的實施方式中，磷酸鹽系顆粒表面具有由碳源形成的碳包覆層，一部分碳材料包覆于碳包覆層上，一部分碳材料穿插于磷酸鹽系顆粒間隙中；

優(yōu)選地，在正極材料中，碳源含量為18％-28％；

優(yōu)選地，在正極材料中，碳材料的含量為0.1％-0.5％。

第二方面，本發(fā)明提供一種改性磷酸鹽系正極材料的制備方法，包括以下步驟：

前驅(qū)體制備：將鋰源、鐵源、錳源、磷源、鈦源和碳源混合溶解，加入碳材料，進(jìn)行水熱反應(yīng)獲得前驅(qū)體；其中，碳材料選自碳納米管(CNT)和石墨烯(RGO)中的至少一種；

燒結(jié)：將前驅(qū)體進(jìn)行升溫?zé)Y(jié)后降至室溫，得到燒結(jié)物；

破碎：將燒結(jié)物進(jìn)行粉碎、分篩處理，得到改性的CNT/RGO-LiFe_1-x-yMn_xTi_yPO₄正極材料。

在可選的實施方式中，在所述前驅(qū)體制備的步驟中，鋰源、鐵源、錳源、鈦源、磷源的摩爾比為：(1～1.3)：(0～0.4)：(0.5～0.8)：(0～0.2)：(1～1.3)；