正极复合材料及其制备方法、正极和锂电池技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种正极复合材料及其制备方法、正极和锂电池。正极复合材料包括沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片及其包覆的三元正极材料。该正极材料具备高比能、高化学稳定性和热安全性。本发明专利技术还提供了上述正极复合材料的制备方法、包括该正极复合材料的正极和锂电池。括该正极复合材料的正极和锂电池。括该正极复合材料的正极和锂电池。

【技术实现步骤摘要】
正极复合材料及其制备方法、正极和锂电池


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体而言，涉及一种正极复合材料及其制备方法、正极和锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为目前重要的新型绿色能源，已经广泛地应用到人们的生活当中。其中锂离子电池三元系层状正极材料即LiNi1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
O2，相对于单一组分层状材料，如LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2，具有成本低、可逆比容量大、循环性能好等优点，是一种具有良好应用前景的正极材料之一。理论上，三元材料中的锂离子可以完全脱出，可逆比容量高达274mAh g
‑1，但在实际应用中，当提升截止电压、可逆脱嵌锂离子超过0.5单元时，过渡金属离子与氧离子之间的八面体变的不稳定而向尖晶石相转变，从而引起晶体内部变化而影响材料的结构稳定性。此外，高电压下电极材料与电解液之间的副反应加剧，使得电池容量迅速衰减，这些问题是阻碍三元材料发展的重要原因。因此，如何平衡电池高比能量、高电化学稳定性和高热安全性至关重要。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供了一种具有高比能量、高电化学稳定性和高热安全性的正极复合材料，其包括沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片及其包覆的三元正极材料。
[0004]可选的，如上述所述的正极复合材料，所述三元正极材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。
[0005]可选的，如上述所述的正极复合材料，所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片的质量百分含量为1％～10％。
[0006]本专利技术一方面，还提供一种上述所述的正极复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0007]将所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片与所述三元正极材料进行固相混合，以使所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片包覆所述三元正极材料。
[0008]可选的，如上述所述的正极复合材料的制备方法，所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片的制备方法包括以下步骤：
[0009]将锂源、磷源和铁源分散于有机溶剂中，并经水热反应制备磷酸铁锂前驱体；
[0010]将所述磷酸铁锂前驱体与碳源在非氧气氛下烧结，制备沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片。
[0011]可选的，如上述所述的正极复合材料的制备方法，所述锂源为磷酸二氢锂、醋酸锂、硝酸锂及氢氧化锂中的至少一种；和/或
[0012]所述磷源为磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵及磷酸中的至少一种；和/或
[0013]所述铁源为醋酸亚铁、醋酸铁、硝酸亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁及氯化铁中的一种。
[0014]可选的，如上述所述的正极复合材料的制备方法，所述锂源、磷源和铁源的摩尔比为(2.5～3.5)：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。
[0015]可选的，如上述所述的正极复合材料的制备方法，所述碳源为糖类、油脂、有机酸、有机酸酯及低碳醇中的至少一种；和/或
[0016]所述有机溶剂为乙二醇、丙三醇、乙醇及苯甲醇中的至少一种。
[0017]本专利技术另一方面，进一步提供一种正极，其包括上述所述的正极复合材料。
[0018]本专利技术再一方面，还提供一种锂电池，其包括上述所述的正极。
[0019]本专利技术经研究发现，磷酸铁锂纳米片与三元正极材料之间有较强的静电吸附力，从而能够使磷酸铁锂纳米片较好的紧密贴合包覆三元正极材料，进而避免了在高电压下三元正极材料与电解液之间的副反应，改善了电极材料的循环稳定性。另外，磷酸铁锂包覆层的引入也能够提供部分容量。即磷酸铁锂纳米片包覆层的引入提高了锂电池正极材料在高电压下的结构稳定性和热稳定性，实现了电池的高比能量、高电化学稳定性和高热安全性。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术制得的沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片(LFPNP@C)、0.95 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.05 LiFePO4(0.95NCM622@0.05LFP)及LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2(NCM622)的XRD图；
[0022]图2中(a)图为本专利技术制得的磷酸铁锂前驱体的SEM图，(b)图为本专利技术制得的沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片的SEM图；
[0023]图3中(a)图为LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2的SEM图，(b)图为0.97 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.03 LiFePO4的SEM图，(c)图为0.95 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.05 LiFePO4的SEM图；
[0024]图4为LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2(NCM622)、0.97 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.03 LiFePO4(0.97NCM622@0.03LFP)和0.95 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.05 LiFePO4(0.95NCM622@0.05LFP)在25℃、2.7V～4.6V电压区间内、0.5C(1C＝180mA g
‑1)电流下的循环性能；
[0025]图5为0.95 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.05 LiFePO4的EDS元素分布图
[0026]图6中(a)图为LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2的TEM图，(b)图为0.95 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.05 LiFePO4的TEM图；
[0027]图7为沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片(LFPNP@C)、LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2(NCM622)、0.95 LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2@0.05 LiFePO4(0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极复合材料，其特征在于，包括沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片及其包覆的三元正极材料。2.根据权利要求1所述的正极复合材料，其特征在于，所述三元正极材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。3.根据权利要求1所述的正极复合材料，其特征在于，所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片的质量百分含量为1％～10％。4.如权利要求1～3任一项所述的正极复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片与所述三元正极材料进行固相混合，以使所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片包覆所述三元正极材料。5.根据权利要求4所述的正极复合材料的制备方法，其特征在于，所述沿ac面择优取向生长的磷酸铁锂纳米片的制备方法包括以下步骤：将锂源、磷源和铁源分散于有机溶剂中，并经水热反应制备磷酸铁锂前驱体；将所述磷酸铁锂前驱体与碳源在非氧气氛下烧结，制备沿ac面择...

【专利技术属性】
技术研发人员：何向明，王莉，胡乔，
申请(专利权)人：北京华睿新能动力科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：