一种磷酸锰铁锂正极材料及包括该材料的正极片和电池制造技术

本发明专利技术提供一种磷酸锰铁锂正极材料及包括该材料的正极片和电池。本发明专利技术的正极材料包括正极活性材料和复合在所述正极活性材料表面的包覆材料；所述正极材料的中值粒径D50为3μm～7μm；所述正极活性材料的化学式为LiFe

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸锰铁锂正极材料及包括该材料的正极片和电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及包括该材料的正极片和电池。

技术介绍

[0002]电池作为绿色能源体系，具有高能量密度，长循环寿命，高安全性和环境友好等特点，在人类社会活动的领域得到广泛推广与应用；
[0003]正极材料作为电池的重要组成部分，与电池性能息息相关。磷酸锰铁锂正极材料是磷酸铁锂和磷酸锰锂复合而成的一种固溶体材料，具有高工作电压平台、高能量密度、成本低廉、热稳定性和化学稳定性好等特点，为目前主流研究正极材料之一。
[0004]相较于其他正极材料而言，磷酸锰铁锂具备较低的电子电导率(<10
‑
12
S/m)和扩散速率(<10
‑
19
m2/s)，倍率性能和低温性能短板显著，制约了其在动力电池行业的应用。
[0005]采用常规的共沉淀合成方法制备得到的正极材料为致密紧实的结构，后续与锂混合焙烧时，会出现锂无法进入内部，材料的均匀性和一致性较差，从而影响材料的电化学性能。现有技术中在制备过程中引入造孔剂和模板剂作为生长集体制备得到中空型材料，增加材料合成成本和工艺控制难度，材料的纯度较低，增加后续处理工序和生产成本。

技术实现思路

[0006]为克服上述
技术介绍
中提到的不足与缺陷，本专利技术提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和包括该材料的正极片和包括该正极片的电池，所述正极材料的中值粒径选择在一定范围，可以获得具备较优的倍率性能和循环性能的电池；进一步的，本专利技术的所述正极材料具有特殊核壳结构，所述正极材料的放电克高容量；包括该材料的电池具有优异的倍率性能和循环性能。
[0007]本专利技术提出的技术方案如下：
[0008]一种正极材料，所述正极材料包括正极活性材料和复合在所述正极活性材料表面的包覆材料；所述正极材料的中值粒径D50为3μm～7μm；
[0009]所述正极活性材料的化学式为LiFe
x
Mn1‑
x
M
y
N
z
PO4，0<x≤0.6，其中M和N为共掺杂元素，0≤y≤0.02，0≤z≤0.02。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述M选自铌(Nb)、镁(Mg)、钴(Co)、锌(Zn)、镍(Ni)或铜(Cu)中的至少一种，例如为铌(Nb)。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述N选自铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)或铈(Ce)中的至少一种，例如为钒(V)。
[0012]根据本专利技术的实施方案，0≤y+z≤0.04；具体的，0.0015≤y+z≤0.04，例如y+z为0.0015、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.02、0.03或0.04。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述M和N的摩尔比为(1～3):1。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述正极活性材料为二次球形颗粒，所述二次球形颗粒
包括内核区域和外壳区域，所述外壳区域位于所述内核区域的外层；所述外壳区域具有团聚密实结构；所述内核区域具有团聚疏松结构。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述外壳区域具有孔隙。示例性地，所述外壳区域的孔隙率为大于0且小于等于30％。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述内核区域的孔隙率大于外壳区域的孔隙率。示例性地，所述内核区域的孔隙率为65％～90％。
[0017]本专利技术对孔隙率不做具体限定，可采用本
已知的方法测得。
[0018]根据本专利技术的实施方案，如上所述，所述内核区域的中心位置具有团聚疏松结构，更优选为中空的。示例性地，图9为所述正极材料的结构示意图。
[0019]根据本专利技术的实施方案，所述包覆材料选自碳材料。优选地，所述碳材料选自不定形碳。
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述包覆材料的厚度为2nm～10nm。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述二次球形颗粒的内核区域的中值粒径D50为1.0μm～2.8μm。
[0022]根据本专利技术的实施方案，所述正极材料中，包覆材料与正极活性材料的质量比(g/g)为(1.0～2.5):100。
[0023]根据本专利技术的实施方案，所述正极材料的比表面积为10～18m2/g。
[0024]根据本专利技术的实施方案，所述正极材料的放电克容量为大于150mAh/g，优选为大于150mAh/g且小于200mAh/g。
[0025]本专利技术还提供一种正极片，所述正极片包括上述正极材料。
[0026]根据本专利技术的实施方案，所述正极片可根据本
已知的方法制备得到，例如还可以包括导电剂、粘结剂或本领域已知的其他材料，本专利技术中不做具体限定。
[0027]本专利技术还提供上述正极材料或上述正极片在电池中的应用。
[0028]本专利技术还提供一种电池，所述电池包括上述正极材料。
[0029]根据本专利技术的实施方案，所述电池包括正极；所述正极包括正极集流体和位于所述正极集流体表面的正极活性层；所述正极活性层包括正极材料，导电剂和粘结剂，所述正极材料包括上述正极材料。
[0030]根据本专利技术的实施方案，所述电池可根据本
已知的方法制备得到，例如还可以包括负极、隔膜、电解液等，上述负极、隔膜、电解液可根据本领域已知的方法进行选择，本专利技术中不做具体限定。
[0031]根据本专利技术的实施方案，所述电池的倍率性能为大于90％，优选为91
‑
99％。
[0032]根据本专利技术的实施方案，所述电池的在充放电循环后的循环容量保持率在90％以上，优选为90
‑
99％。
[0033]根据本专利技术的实施方案，所述电池的EIS阻抗值值小于6mΩ，优选为0.1
‑
6mΩ。
[0034]本专利技术中所述的倍率性能是指在25℃下，电池的10C放电容量与0.33C放电容量的比值。
[0035]本专利技术中所述的循环容量保持率是指在25℃或45℃下，电池在1C充电和1C放电条件下，循环n次后测试容量与首次循环测试容量的比值，其中n＝1500
‑
5000。
[0036]本专利技术的有益效果是：
[0037]1.本专利技术在制备过程中无需添加造孔剂或模板剂，通过优化合成方法，制备得到一定粒径的、且进一步具有特殊核壳结构的正极材料，具有较高的放电克容量，成本低廉，产品纯度较高，工艺简单，可实现工业化级别生产。
[0038]2.本专利技术的正极材料为具有核壳结构的微球，所述壳具有团聚密实结构；所述核具有团聚疏松结构(甚至其中心位置部分为中空的)，特殊的核壳结构能够缓解电池在充放电时由于颗粒膨胀和收缩所产生的应力负载，从而达到提升倍率性能和循环性能的目的。
[0039]3.本专利技术采用上述正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括正极活性材料和复合在所述正极活性材料表面的包覆材料；所述正极材料的中值粒径D50为3μm～7μm；所述正极活性材料的化学式为LiFe
x
Mn1‑
x
M
y
N
z
PO4，其中M和N为共掺杂元素，0<x≤0.6，0≤y≤0.02，0≤z≤0.02。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性材料为二次球形颗粒，所述二次球形颗粒包括内核区域和外壳区域，所述外壳区域位于所述内核区域的外层；所述外壳区域具有团聚密实结构；所述内核区域具有团聚疏松结构。3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述外壳区域具有孔隙；和/或，所述外壳区域的孔隙率为大于0且小于等于30％；和/或，所述内核区域的孔隙率为65％～90％。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述包覆材料选自碳材料；和/或，所述M选自铌(Nb)、镁(Mg)、钴(Co)、锌(Zn)、镍(Ni)或铜(Cu)中的至少一种；和/或，所述N选...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾家江，李素丽，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：