电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种电池正极材料及其制备方法和应用。电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：(a)按正极材料的化学组成称取原料，加入有机碳源混合溶解，干燥处理；(b)将干燥样品在保护气氛下预烧结处理得到预烧结产物；(c)补加有机碳源，在含碳材气氛下烧结处理，得到碳膜紧密包覆的电池正极材料。本发明专利技术以有机碳作为碳源，同时控制烧结处理的工艺使碳源在热裂解过程中与晶体外表面裸露的原子成键，并通过化学气相沉积碳填充空隙，使得形成的碳膜能够紧密包覆在活性物质颗粒外表面，兼顾提高机械强度和降低粉体电阻率。电阻率。

【技术实现步骤摘要】
电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其是涉及一种电池正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂或磷酸锰铁锂的本征电导率低，常用的改性方法有碳包覆、颗粒细化、金属元素掺杂等。膜片电阻率是车企行业的一个监控指标，要求材料的粉体电阻率控制在一定范围，碳包覆是降低材料粉体电阻率的有效手段，但不同碳包覆方式对材料的粉体电阻率的影响较大。
[0003]现有的碳包覆方式主要包括以下两种，但其仍存在部分的缺陷：
[0004]无机碳与活性物质物理混合，两者以点点的方式接触，虽然能一定程度降低粉体材料的整体电阻率，但下降的幅度较小，远达不到要求，且易出现混合不均影响材料性能稳定性问题；
[0005]有机碳源热裂解包覆在颗粒表面，能将颗粒完整包覆，但碳膜与晶体颗粒间可能存在空隙，电子在空隙中传递受到阻碍，且在外界机械力作用下，碳层容易脱落。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的在于提供电池正极材料的制备方法，可降低电池正极材料的粉体电阻率，同时具有一定的机械强度。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供采用上述制备方法制得的电池正极材料。
[0009]本专利技术的又一目的在于提供一种锂离子电池。
[0010]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术一方面提供了一种电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011](a)按正极材料的化学组成称取原料，加入有机碳源混合溶解，干燥处理得到干燥样品；
[0012](b)将所述干燥样品在保护气氛下预烧结处理，得到预烧结产物；
[0013](c)向所述预烧结产物中补加有机碳源，在含碳材气氛下烧结处理，得到碳膜紧密包覆的电池正极材料。
[0014]进一步地，步骤(c)中，所述烧结处理包括一次烧结和二次烧结。
[0015]进一步地，所述一次烧结包括：于350～500℃烧结1～3h。
[0016]进一步地，在所述一次烧结中，以3～5℃/min升温速率升温至350～500℃。
[0017]进一步地，所述二次烧结包括：于600～800℃烧结4～6h。
[0018]进一步地，在所述二次烧结中，以5～6℃/min升温速率升温至600～800℃。
[0019]进一步地，步骤(b)中，所述预烧结处理包括：于400～650℃烧结6～12h。
[0020]进一步地，在所述预烧结处理中，以4～6℃/min升温速率升温至400～650℃。
[0021]进一步地，步骤(a)中的所述有机碳源和步骤(c)中补加的所述有机碳源各自独立地选自柠檬酸、蔗糖、葡萄糖、聚乙二醇、抗坏血酸、油酸和乳糖中的至少一种。
[0022]进一步地，步骤(a)和步骤(c)所采用的有机碳源的总质量为所述正极材料的成品总质量的1％～15％。
[0023]进一步地，步骤(a)所采用的有机碳源与步骤(c)所采用的有机碳源的质量比为(1～4)﹕1。
[0024]进一步地，所述含碳材气氛包括气态碳材和/或液态碳材。进一步地，所述液态碳材通过鼓泡法通入。
[0025]进一步地，所述含碳材气氛还包括保护气体。
[0026]进一步地，所述气态碳材包括甲烷、乙烷、丙烷和乙烯中的任一种或多种；所述液态碳材包括甲醇、乙二醇、乙醇、丙醇、乙酸乙酯和丙酮中的任一种或多种。
[0027]进一步地，所述含碳材气氛中，保护气体作为载气带入所述气态碳材和/或液态碳材；所述载气的流量为50～100mL/min。进一步地，所述气态碳材的流量为5～50mL/min。
[0028]进一步地，所述正极材料包括磷酸盐系正极材料。
[0029]进一步地，所述磷酸盐系正极材料包括磷酸铁锂或磷酸锰铁锂材料，化学组成为LiMn
x
Fe1‑
x
PO4，0≤x≤1。
[0030]进一步地，所述有机碳源热裂解后与所述磷酸盐系正极材料颗粒外表面的裸露原子成键，形成C
‑
O
‑
Fe键、C
‑
O
‑
Mn键、C
‑
Fe键、C
‑
Mn键、C
‑
O
‑
P键中的至少一种。
[0031]进一步地，所述锂源包括Li2O、Li2CO3、LiH2PO4、LiOH
·
H2O、CH3COOLi和LiNO3中的任一种或多种；
[0032]所述铁源包括FeCl3、Fe(NO3)3、Fe2O3和FeSO4·
7H2O中的任一种或多种；
[0033]所述磷源包括(NH4)3PO4、LiH2PO4和H3PO4中的任一种或多种；
[0034]所述锰源包括MnO2、Mn(NO3)2、MnSO4和Mn3(PO4)2·
3H2O中的任一种或多种。
[0035]进一步地，所述干燥处理的方式包括喷雾干燥。
[0036]本专利技术还提供了上述任意一种所述制备方法制得的电池正极材料。
[0037]在本专利技术的具体实施方式中，所述电池正极材料的电阻率≤30Ω
·
cm。
[0038]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述任意一种所述的电池正极材料。
[0039]本专利技术还提供了上述任意一种所述的电池正极材料的制备方法在降低电池正极材料粉体电阻率中的应用。
[0040]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0041](1)本专利技术以有机碳作为碳源，同时控制烧结处理的工艺使碳源在热裂解过程中与晶体外表面裸露的原子成键，增加碳层与晶体的连接；同时，通过化学气相沉积碳填充空隙，进一步与裸露原子成键，使得形成的碳膜能够紧密包覆在活性物质颗粒外表面。
[0042](2)采用本专利技术的制备方法制得的电池正极材料，具有紧密包覆的碳膜，在经受颗粒间剧烈碰撞、高强度超声时不掉落，且粉体电阻率得到极大的改善。
具体实施方式
[0043]下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，
仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0044]本专利技术一方面提供了一种电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0045](a)按正极材料的化学组成称取原料，加入有机碳源混合溶解，干燥处理得到干燥样品；
[0046](b)将所述干燥样品在保护气氛下预烧结处理，得到预烧结产物；
[0047](c)向所述预烧结产物中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)按正极材料的化学组成称取原料，加入有机碳源混合溶解，干燥处理得到干燥样品；(b)将所述干燥样品在保护气氛下预烧结处理，得到预烧结产物；(c)向所述预烧结产物中补加有机碳源，在含碳材气氛下烧结处理，得到碳膜紧密包覆的电池正极材料。2.根据权利要求1所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述烧结处理包括一次烧结和二次烧结；优选地，所述一次烧结包括：于350～500℃烧结1～3h；优选地，在所述一次烧结中，以3～5℃/min升温速率升温至350～500℃；优选地，所述二次烧结包括：于600～800℃烧结4～6h；优选地，在所述二次烧结中，以5～6℃/min升温速率升温至600～800℃。3.根据权利要求1所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述预烧结处理包括：于400～650℃烧结6～12h；优选地，在所述预烧结处理中，以4～6℃/min升温速率升温至400～650℃。4.根据权利要求1所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(a)中的所述有机碳源和步骤(c)中补加的所述有机碳源各自独立地选自柠檬酸、蔗糖、葡萄糖、聚乙二醇、抗坏血酸、油酸和乳糖中的至少一种；优选地，步骤(a)和步骤(c)所采用的有机碳源的总质量为所述正极材料的成品总质量的1％～15％；优选地，步骤(a)所采用的有机碳源与步骤(c)所采用的有机碳源的质量比为(1～4)﹕1。5.根据权利要求1所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述含碳材气氛包括气态碳材和/或液态碳材；优选地，所述液态碳材通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亨利，徐荣益，李意能，梁师涵，唐杰，
申请(专利权)人：佛山市德方纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：