碳包覆正极材料及其制备方法技术

本申请提供了碳包覆正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
碳包覆正极材料及其制备方法、正极片与二次电池


[0001]本申请属于锂离子电池正极材料
，更具体地说，是涉及碳包覆正极材料及其制备方法
、
正极片与二次电池
。

技术介绍

[0002]在全球环境污染逐渐加重
、
能源愈发匮乏的大环境下，寻求可再生新能源转型已迫在眉睫
。
锂离子电池具有能量密度高
、
安全性好
、
无记忆效应
、
循环寿命长等优势，近年来已成为全球新能源动力汽车市场的主流
。
[0003]正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，磷酸锰铁锂正极材料作为磷酸铁锂的升级版，能量密度可提高约
20
％，低温性能更优异，相较于三元正极材料成本低且更安全，但和磷酸铁锂类似，存在电子电导率低的缺陷，导致磷酸锰铁锂正极片电学性能低，电池的的容量
、
循环寿命等变差
。
如何改善磷酸锰铁锂正极材料电子电导率低的缺陷，是目前亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请提供碳包覆正极材料及其制备方法
、
正极片与二次电池，以解决现有技术中存在的磷酸锰铁锂正极材料存在电子电导率低的缺陷，导致磷酸锰铁锂正极片电学性能低，电池的容量
、
循环寿命等变差的技术问题
。
[0005]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
[0006]第一方面，提供了一种碳包覆正极材料，包括正极活性材料芯部
、
第一碳层和第二碳层，第一碳层结合于芯部的表面，第二碳层包裹于第一碳层的表面，第二碳层的石墨化程度高于第一碳层的石墨化程度
。
[0007]可选地，第一碳层中的碳结构长程无序化程度高于第二碳层中的碳结构长程无序化程度
。
[0008]可选地，第一碳层的大部分碳结构为较长碳片结构，较长碳片结构堆积结合于芯部的表面；第二碳层的大部分碳结构为较短碳片结构，并以非连续的
、
方向各异性的方式堆积包覆于第一碳层的表面；较长碳片结构的尺寸大于较短碳片结构的尺寸
。
[0009]可选地，第一碳层包括碳元素和第一非碳元素，第一非碳元素包括
N、S、P、Li
中的至少一种；碳元素在第一碳层中的质量含量为
97
％
‑
98.5
％，第一非碳元素在第一碳层中的质量含量为
1.5
％
‑3％
。
[0010]可选地，第二碳层包括碳元素和第二非碳元素，第二非碳元素包括
N、P、Li
元素中的至少一种；碳元素在第二碳层的质量含量为
98
％
‑
99
％，第二非碳元素在第二碳层的质量含量为1％
‑2％
。
[0011]可选地，第一碳层的
I
G
/I
D
值为
0.75
‑
1.1
；和
/
或，
[0012]第二碳层的
I
G
/I
D
值为
1.0
‑
1.9。
[0013]可选地，第一碳层的厚度＜
10nm
，第二碳层的厚度＜
1.5nm
；和
/
或，
[0014]正极材料的
I
G
/I
D
值为
0.8
‑
1.25
；和
/
或，
[0015]芯部包括含锂磷酸盐系正极活性材料
。
[0016]第二方面，提供了一种碳包覆正极材料的制备方法，用于制备上述碳包覆正极材料，制备方法包括以下步骤：
[0017]提供芯部前驱体材料，将芯部前驱体材料在保护气氛下进行第一次烧结，得到芯部；
[0018]将芯部与第一碳源
、
碳源溶剂进行混合处理，得到混合物料；
[0019]将混合物料在保护气氛下进行第二次烧结，第一碳源通过高温裂解在芯部的表面形成第一碳层；
[0020]在高温条件下，通入雾化第二碳源，第二碳源通过气相沉积在第一碳层的表面形成第二碳层，得到碳包覆正极材料
。
[0021]可选地，制备方法满足以下至少一个条件：
[0022]第一碳源包括葡萄糖
、
果糖
、
蔗糖
、
淀粉
、
甜菊糖
、
乳糖
、
木糖
、
纤维素
、
麦芽糖
、
壳多糖
、D
‑
氨基葡萄糖
、
硫酸氨基葡萄糖
、
果糖磷酸酯
、
葡萄糖
‑6‑
磷酸
、N
‑
乙酰氨基葡萄糖
、
肽聚糖
、
聚丙烯酸酯
、
聚乙二醇
、
柠檬酸
、
苹果酸
、
丙烯
、
聚乙二醇
、
聚丙烯
、
聚丙烯酰胺
、
聚丙烯酸锂
、
聚乙烯醇
、
环糊精
、
聚乙烯醇缩丁醛
、
聚苯乙烯
、
石墨中的至少一种；
[0023]第二碳源包括甲醇
、
乙醇
、
乙酸乙酯
、
聚乙二醇
、
丙酮
、
丁酮
、
乙醚
、
乙酸
、
乙二酸
、
聚丙二醇
、
苯胺
、
苯甲胺
、
对二氮杂苯
、
柠檬酸铵
、
甲酸铵
、
乙酸铵
、
甲酰胺
、
乙酰胺
、
丙酰胺
、
丁酰胺
、
一异丙醇胺
、N,N
‑
二甲基乙醇胺
、
二甲基乙醇胺
、
三乙烯二胺中的至少两种；
[0024]第一碳源包括碳元素和第一非碳元素，第一非碳元素包括
N、S、P、Li
元素中的至少一种，碳元素在第一碳源中的质量含量为
97
％
‑
98.5
％，第一非碳元素在第一碳源中的质量含量为
1.5
％
‑3％；
[0025]第二碳源包括碳元素和第二非碳元素，第二非碳元素包括
N、P、Li
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳包覆正极材料，其特征在于：包括正极活性材料芯部
、
第一碳层和第二碳层，所述第一碳层结合于所述芯部的表面，所述第二碳层包覆于所述第一碳层的表面，所述第二碳层的石墨化程度高于所述第一碳层的石墨化程度
。2.
如权利要求1所述的碳包覆正极材料，其特征在于：所述第一碳层中的碳结构长程无序化程度高于所述第二碳层中的碳结构长程无序化程度
。3.
如权利要求2所述的碳包覆正极材料，其特征在于：所述第一碳层的大部分碳结构为较长碳片结构，所述较长碳片结构堆积于所述芯部的表面；所述第二碳层的大部分碳结构为较短碳片结构，并以非连续的
、
方向各异性的方式堆积于所述第一碳层的表面；所述较长碳片结构的尺寸大于所述较短碳片结构的尺寸
。4.
如权利要求1所述的碳包覆正极材料，其特征在于：所述第一碳层包括碳元素和第一非碳元素，所述第一非碳元素包括
N、S、P、Li
中的至少一种；和
/
或，所述碳元素在所述第一碳层中的质量含量为
97
％
‑
98.5
％，所述第一非碳元素在所述第一碳层中的质量含量为
1.5
％
‑3％
。5.
如权利要求1至4任一所述的碳包覆正极材料，其特征在于：所述第二碳层包括碳元素和第二非碳元素，所述第二非碳元素包括
N、P、Li
元素中的至少一种；和
/
或，所述碳元素在所述第二碳层的质量含量为
98
％
‑
99
％，所述第二非碳元素在所述第二碳层的质量含量为1％
‑2％
。6.
如权利要求1至4任一所述的碳包覆正极材料，其特征在于：所述第一碳层的
I
G
/I
D
值为
0.75
‑
1.5
；和
/
或，所述第二碳层的
I
G
/I
D
值为
1.0
‑
1.9。7.
如权利要求1至4任一所述的碳包覆正极材料，其特征在于：所述第一碳层的厚度＜
10nm
，所述第二碳层的厚度＜
1.5nm
；和
/
或，所述正极材料的
I
G
/I
D
值为
0.8
‑
1.25
；和
/
或，所述芯部包括含锂磷酸盐系正极活性材料
。8.
一种碳包覆正极材料的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1至7任一所述的碳包覆正极材料，所述制备方法包括以下步骤：提供芯部前驱体材料，将所述芯部前驱体材料在保护气氛下进行第一次烧结，得到芯部；将所述芯部与第一碳源
、
碳源溶剂进行混合处理，得到混合物料；将所述混合物料在保护气氛下进行第二次烧结，所述第一碳源通过高温裂解在所述芯部的表面形成第一碳层；在高温条件下，通入雾化第二碳源，所述第二碳源通过气相沉积在所述第一碳层的表面形成第二碳层，得到所述碳包覆正极材料
。9.
如权利要求8所述的碳包覆正极材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法满足以下至少一个条件：所述第一碳源包括葡萄糖
、

【专利技术属性】
技术研发人员：徐荣益，曾绍洪，孔令涌，李意能，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：