正极活性材料、制备方法、正极和高比能量动力电池技术

本发明专利技术提供一种正极活性材料，其中，所述正极活性材料包括核心和包覆层，所述核心包括LiMn1‑x‑yFexMyPO4/C，0≤x

Cathode active material, preparation method, cathode and high specific energy power battery

The present invention provides a cathode active material, in which the cathode active material comprises a core and a cladding layer, and the core comprises LiMn1 x yFexMyPO4/C, 0 < X.

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、制备方法、正极和高比能量动力电池
本专利技术涉及正极活性材料领域，具体涉及正极活性材料、制备方法、正极和高比能量动力电池。
技术介绍
现有技术中公开了一种核壳结构的磷酸锰铁锂，包括内核和包覆在内核外表面的外壳，内核的化学成分为LiMn1-x-yFexMyPO4，M为掺杂元素，x为0-0.5，y为0-0.1，且x+y＜0.51；外壳的化学成分为LiMnmFe1-m-nNnPO4和无定型碳，其中，N为掺杂元素，m为0-0.5，n为0-0.1，且m+n＜0.51。现有技术中公开了另一种碳包覆的磷酸锰锂/磷酸铁锂核壳结构材料，核壳结构材料的组成通式为LiMnxFe1-xPO4。a(LiFeyMn1-yPO4)，其中，核材料的组成通式为LiMnxFe1-xPO4，壳材料的组成通式为LiFeyMn1-yPO4，并且，0.8≤x≤1，0.8≤y≤1，0.2≤a≤0.5，同时，核壳结构材料中还含有0.2wt%-50wt％的碳元素，所述碳元素分布在壳层中。现有技术中公开了另一种核壳结构LiMn1-xFexPO4正极材料，由内核和外壳组成，内核为LiMn1-xFexPO4纳米颗粒，0＜x＜0.5；外壳为碳与含锂的金属盐的混合物；碳的质量为LiMn1-xFexPO4纳米颗粒质量的0.1％～10％。上述现有技术中存在的不足：核层为LiMnxFe1-xPO4，壳层为碳和锰含量较低的LiMnmFe1-m-nNnPO4、LiFeyMn1-yPO4或者含锂的金属盐，碳是导电的，但是其他壳层材料都是不导电的，会导致正极活性材料的导电性能差，且LiMnmFe1-m-nNnPO4和LiFeyMn1-yPO4直接和接触，依然存在锰溶出的问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种正极活性材料及其制备方法、正极和高比能量动力电池，本申请提供的正极活性材料具有良好的导电性、循环性和有效降低锰溶出的性能，且工艺简单可大批量工业生产。本专利技术提供的一种正极活性材料，其中，正极活性材料包括核心和包覆层，所述核心包括LiMn1-x-yFexMyPO4/C，0≤x&lt;1，0≤y&lt;1，M为Co、Ni、Al、Mg、Ga及3d过渡族金属元素中的至少一种，所述包覆层包括Mo2C和碳，所述包覆层包覆所述核心。本专利技术提供了一种正极活性材料的制备方法，所述方法包括：S1，用锂源、锰源、铁源、M源、磷源和碳源制备中间体材料LiMn1-x-yFexMyPO4/C，0≤x&lt;1，0≤y&lt;1；S2，将S1制备的中间体、碳源和钼源按照90-99：0.1-67.6：0.9-17.3质量比混合、惰性气氛下高温烧结，得到正极活性材料。本专利技术提供一种电池正极，其中，正极包括正极导电基体及附着在所述正极导电基体上的正极材料，所述正极材料包括本申请所述的正极活性材料。本专利技术还提供一种高比能量动力电池，其中，包括壳体及密封于壳体内的电极组，该电极组包括正极、负极及位于正极和负极之间的隔膜，所述正极为本申请提供的电池正极。本申请提供的正极活性材料为Mo2C和碳为主要材料形成包覆层包覆磷酸锰铁锂形成核壳结构，碳包覆可以提升材料的导电性，Mo2C具有和金属相似的导电性和耐化学腐蚀性，Mo2C包覆不仅可以提升材料的导电性，还可以将核层中的Mn与电解液隔离开来，有效降低使用过程中的锰溶出现象。本申请供的正极活性材料同样适用于全固态电解质电池、固态电解质电池、凝胶电解质电池中。附图说明图1为本专利技术实施例1和对比例1中电池S10和电池DS10的充放电曲线。图2为本专利技术实施例1和对比例1中电池S10和电池DS10的循环寿命曲线。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种正极活性材料，所述正极活性材料包括核心和包覆层，所述核心包括LiMn1-x-yFexMyPO4/C，0≤x&lt;1，0≤y&lt;1，M为Co、Ni、Al、Mg、Ga及3d过渡族金属元素中的至少一种，所述包覆层包括Mo2C和碳，所述包覆层包覆所述核心。如本申请
技术介绍
所述，现有技术采用碳包覆磷酸锰铁锂，形成核壳结构紧密性低，且碳的含量偏低，使得现有的正极活性材料导电性能差，同时存在锰溶出的不足。本申请为解决上述技术问题提供本申请技术方案：采用碳和Mo2C作为包覆层包覆磷酸锰铁锂，原位碳包覆紧密性好可提升材料的导电性，Mo2C具有和金属相似的导电性和耐化学腐蚀性，Mo2C包覆不仅可以提升材料的导电性，还可以将核层中的Mn与电解液隔离开来，有效降低使用过程中的锰溶出现象。优选的，该核壳结构的正极活性材料可以为三层或两层，当其为三层时，包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，具体的第一包覆层包括碳，第二包覆层包括Mo2C，具体可以是：1）第二包覆层包覆第一包覆层，第一包覆层包覆核心；2）第一包覆层包覆第二包覆层，第二包覆层包覆核心。优选的，当其为两层时，包覆层包括Mo2C和碳混合得到的层结构。优选的，以正极活性材料的总质量为基准，Mo2C的含量为1~10wt%，碳的含量为1~5wt%；进一步优选，Mo2C的含量为2~5wt%，碳的含量为2~3wt%。当碳的含量和Mo2C的含量过高，Mo2C和碳不能提供活性锂，将影响复合材料的质量比容量，因此Mo2C和碳的总含量不宜超过10wt%；当碳的含量和Mo2C的含量过低，又无法完全包覆，因此Mo2C和碳的总含量不宜低于4wt%。优选的，碳为原位裂解碳，具体的碳由蔗糖、葡萄糖、环氧树脂、聚乙烯醇和酚醛树脂等有机碳源中的一种或几种碳化制得。采用原位裂解碳形成正极活性材料的紧密性高，可提高导电性能。本申请还提供一种正极活性材料的制备方法，其中，方法包括：S1，用锂源、锰源、铁源、M源、磷源和碳源制备中间体材料LiMn1-x-yFexMyPO4/C，0≤x&lt;1，0≤y&lt;1；S2，将S1制备的中间体、碳源和钼源按照90-99：0.1-67.6：0.9-17.3质量比混合、惰性气氛下高温烧结，得到正极活性材料。在上述制备方法中，将中间体材料LiMn1-x-yFexMyPO4/C与钼源和碳源混合后烧结生成Mo2C过程中，钼源先被碳源还原成单质钼，再发生渗碳反应生成Mo2C，在反应过程中，不仅碳源参与反应，LiMn1-x-yFexMyPO4/C中的原位碳也会有少部分表层碳发生渗碳反应，从而使Mo2C和碳紧密接触，使导电性更好，也可以更好地隔绝电解液与LiMn1-x-yFexMyPO4的接触，减少锰溶出现象。参照S2中的中间体、碳源和钼源的比例，可以制得碳含量1~5wt%，Mo2C含量1~10wt%的复合正极材料。但考虑到Mo2C和碳不能提供活性锂，含量过高将影响复合材料的质量比容量，因此Mo2C和碳的总含量不宜超过10wt%，可通过调整原料中中间体的碳含量，碳源和钼源的比例进行控制。优选的，S2中高温烧结的温度是600~900℃，烧结时间是2~48h；所述惰性气氛选自氮气或氩气。优选的，S2中正极活性材料的制备方法没有限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括核心和包覆层，所述核心包括LiMn1‑x‑yFexMyPO4/C，0≤x

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括核心和包覆层，所述核心包括LiMn1-x-yFexMyPO4/C，0≤x&lt;1，0≤y&lt;1，M为Co、Ni、Al、Mg、Ga及3d过渡族金属元素中的至少一种，所述包覆层包括Mo2C和碳，所述包覆层包覆所述核心。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层包括碳，所述第二包覆层包括Mo2C。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述包覆层包括Mo2C和碳混合得到的层结构。4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准，所述Mo2C的含量为1~10wt%，所述碳的含量为1~5wt%。5.根据权利要求1-4任意一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述碳为原位裂解碳。6.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：S1，用锂源、锰源、铁源、M源、磷源和碳源制备中间体材料LiMn1-x-yFexMyPO4/C，0≤x&lt;1，0≤y&lt...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦晓朋，李世彩，
申请(专利权)人：深圳市比亚迪锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44