正极材料及其制备方法技术

本申请提供了正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
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
。
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
。
面对这一问题，目前多采用优化合成方法，合成后改性，如纳米化
、
碳包覆等方法改善磷酸锰铁锂的性能
。
[0003]由于磷酸锰铁锂的电子电导率比磷酸铁锂更低，需制备成更细的纳米颗粒才能充分发挥性能，再加上原位碳包覆层本身疏松多孔，因此，工艺上制备出的纳米磷酸锰铁锂颗粒比表面积更高
。
但是，在碳含量
、pH
相近的情况下，前述纳米磷酸锰铁锂颗粒在全电制浆加工时更困难，主要表现为浆料容易产生较多气泡，浆料过筛后大气泡易破裂，但涂布的过程中存在较多小气泡附着于极片上，极片上的气泡烘干后会破裂留下凹坑或形成空泡核，这使极片厚度不均，进一步导致极片出现大量细小裂纹
、
剥落
、
掉粉等现象，影响极片的良品率，并最终导致电池的容量
、
内阻
、
循环寿命及安全性等变差，严重影响磷酸锰铁锂的全电性能评估
。
若通过增大粘结剂和溶剂的量，降低固含的方式降低黏度或者延长真空低速搅拌的时长来进行除泡，除泡效果并不理想，而且导致经济成本和时间成本增加
。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请提供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现有纳米磷酸锰铁锂颗粒在全电制浆加工困难而导致电池的容量
、
内阻
、
循环寿命及安全性等变差的技术问题
。
[0005]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
[0006]第一方面，提供了一种正极材料，包括内核以及多碳嵌合层，多碳嵌合层包括主体骨架碳以及修饰碳，主体骨架碳结合于内核的表面，修饰碳嵌合生长于主体骨架碳中
。
[0007]可选地，主体骨架碳中的碳呈碳片堆叠状结合于内核的表面；和
/
或，
[0008]修饰碳的碳呈碳片状嵌合于主体骨架碳中；和
/
或，
[0009]主体骨架碳在多碳嵌合层中的质量含量为
80
％
‑
90
％，修饰碳在多碳嵌合层中的质量含量为
10
％
‑
20
％
。
[0010]可选地，主体骨架碳中的碳片长度大于修饰碳的碳片长度，修饰碳的碳片长度＜
2nm
；和
/
或，
[0011]所述多碳嵌合层的孔容＜
0.070cm3/g
；和
/
或，
[0012]多碳嵌合层的厚度＜
10nm。
[0013]可选地，正极还包括外包碳层，外包碳层包覆于多碳嵌合层的外表面
。
[0014]可选地，外包碳层采用第二碳源通过高温原位裂解和气相沉积形成于多碳嵌合层的外表面；和
/
或，
[0015]所述外包碳层的孔容＜
0.020cm3/g
；和
/
或，
[0016]外包碳层的厚度＜
1.5nm
，并且外包碳层的厚度小于等于多碳嵌合层的厚度
。
[0017]可选地，内核含有磷元素，并且所述内核的部分磷与所述多碳嵌合层的部分碳形成
C
‑
P
键和
/
或
C
‑
O
‑
P
键
。
[0018]可选地，内核为含锂磷酸盐系正极活性材料内核；和
/
或，
[0019]C
‑
P
键和
C
‑
O
‑
P
键的成键率为
0.5
％
‑
1.15
％
。
[0020]可选地，内核的粒径＜
400nm
；和
/
或，
[0021]正极材料的总孔容为
0.04cm3/g
‑
0.10cm3/g
；和
/
或，
[0022]正极材料的比表面积为
12m2/g
‑
17.0m2/g。
[0023]第二方面，提供了一种正极材料的制备方法，用于制备上述正极材料，制备方法包括以下步骤：
[0024]提供内核前驱体材料，将内核前驱体材料在惰性气氛下进行第一次烧结，得到内核；
[0025]将内核与第一碳源
、
第一溶剂进行混合处理，得到混合物料；
[0026]将混合物料在惰性气氛下进行第二次烧结，并且第二次烧结过程中通入雾化第二碳源，第一碳源高温原位裂解形成主体骨架碳堆积于内核的表面，第二碳源高温原位裂解和气相沉积交织嵌合于主体骨架碳中，形成多碳嵌合层，得到正极材料
。
[0027]可选地，内核前驱体材料为磷酸锰铁锂前驱体，所述磷酸锰铁锂前驱体的制备方法包括以下步骤：
[0028]将锂源
、
铁源
、
磷源
、
锰源
、
前驱体溶剂和助溶剂按比例进行混合并反应，得到磷酸锰铁锂前驱体
。
[0029]可选地，锂源
、
铁源
、
磷源
、
锰源
、
前驱体溶剂和助溶剂混合后得到的混合溶液的
pH
为
5.0
至
7.5。
[0030]可选地，第一碳源包括葡萄糖
、
果糖
、
蔗糖
、
乳糖
、
淀粉
、
纤维素
、
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<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：包括内核以及多碳嵌合层，所述多碳嵌合层包括主体骨架碳以及修饰碳，所述主体骨架碳结合于所述内核的表面，所述修饰碳嵌合生长于所述主体骨架碳中
。2.
如权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述主体骨架碳中的碳呈碳片堆叠状结合于所述内核的表面；和
/
或，所述修饰碳的碳呈碳片状嵌合于所述主体骨架碳中；和
/
或，所述主体骨架碳在所述多碳嵌合层中的质量含量为
80
％
‑
90
％，所述修饰碳在所述多碳嵌合层中的质量含量为
10
％
‑
20
％
。3.
如权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述主体骨架碳中的碳片长度大于所述修饰碳的碳片长度，所述修饰碳中的碳片长度＜
2nm
；和
/
或，所述多碳嵌合层的孔容＜
0.070cm3/g
；和
/
或，所述多碳嵌合层的厚度＜
10nm。4.
如权利要求1至3任一所述的正极材料，其特征在于：所述正极还包括外包碳层，所述外包碳层包覆于所述多碳嵌合层的外表面
。5.
如权利要求4所述的正极材料，其特征在于：所述外包碳层的孔容＜
0.020cm3/g
；和
/
或，所述外包碳层的厚度＜
1.5nm
，并且所述外包碳层的厚度小于所述多碳嵌合层的厚度
。6.
如权利要求1至3任一所述的正极材料，其特征在于：所述内核含有磷元素，并且所述内核的部分磷与所述多碳嵌合层的部分碳形成
C
‑
P
键和
/
或
C
‑
O
‑
P
键
。7.
如权利要求6所述的正极材料，其特征在于：所述内核为含锂磷酸盐系正极活性材料内核；和
/
或，所述
C
‑
P
键和
C
‑
O
‑
P
键的成键率为
0.5
％
‑
1.15
％
。8.
如权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述内核的粒径＜
400nm
；和
/
或，所述正极材料的总孔容为
0.04cm3/g
‑
0.10cm3/g
；和
/
或，所述正极材料的比表面积为
12.5m2/g
‑
17.0m2/g。9.
一种正极材料的制备方法，用于制备如权利要求1至8任一所述的正极材料，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：提供内核前驱体材料，将所述内核前驱体材料在惰性气氛下进行第一次烧结，得到内核；将所述内核与第一碳源
、
第一溶剂进行混合处理，得到混合物料；将所述混合物料在惰性气氛下进行第二次烧结，并且第二次烧结过程中通入雾化第二碳源，所述第一碳源高温原位裂解形成主体骨架碳堆积于所述内核的表面，所述第二碳源高温原位裂解和气相沉积交织嵌合于所述主体骨架碳中，形成多碳嵌合层，得到所述正极材料
。10.
如权利要求9所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述内核前驱体材料为磷酸锰铁锂前驱体，所述磷酸锰铁锂前驱体的制备方法包括以下步骤：将锂源
、
铁源
、
磷源
、
锰源
、
前驱体溶剂和助溶剂按比例进行混合并反应，得到磷酸...

【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：