掺杂正极材料及其制备方法与应用技术

本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及掺杂正极材料及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
掺杂正极材料及其制备方法与应用


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及掺杂正极材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池中，正极材料的性质对电池性能起着决定性的作用
。
随着动力汽车领域对安全问题日益重视，三元材料被限制使用，橄榄石结构的磷酸盐系正极材料凭借安全性能高而逐步取代三元材料的部分市场份额
。
但磷酸盐系正极材料的本征电导率低
(
如磷酸铁锂的本征电导率为
10
‑
10
～
10
‑9S/cm
，磷酸锰铁锂为
10
‑
13
S/cm)
，导致其容量无法发挥
。
目前大多在颗粒外表面包覆一层碳层改善材料表面的电子电导率，但改善效果仅限于材料表面，对材料内部没有明显的改进，导致碳包覆对材料导电性改善效果有限
。
对于其他正极材料，碳包覆的改善方法也存在该缺陷，不利于正极材料制得电池的倍率性能
、
放电容量和循环性能的提升
。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种掺杂正极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中正极材料采用碳包覆不能改善材料内部电导率的问题
。
[0004]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0005]第一方面，本申请提供一种掺杂正极材料，包括正极材料和碳原子，至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和
/
或晶格间
。
[0006]本申请掺杂正极材料中的至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和
/
或晶格间，所含碳原子引起晶格畸变，改变了晶格常数，提高了掺杂正极材料晶体的导电性
。
该些掺杂的碳原子还会与晶体内其他原子尤其是金属原子存在相互作用
(
碳
‑
金属原子键
)
进一步提高导电性
。
所以，当碳原子掺杂在正极材料内部，尤其是至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和
/
或晶格间，可以提高正极材料内部的导电性，从而提高本申请掺杂正极材料的导电性，有利于提高制得电池的倍率性能
、
放电容量和循环性能
。
[0007]第二方面，本申请提供一种掺杂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]在保护气体中，将包括正极材料前驱体和碳源进行多次烧结处理，使得在生成的正极材料的晶格内和
/
或晶格间掺杂有碳原子，得到掺杂正极材料；
[0009]其中，每次烧结处理添加有碳源
。
[0010]本申请制备方法通过多次烧结处理，且每次烧结处理添加有碳源，使得每次添加的碳源热解碳化，在正极材料晶体生长过程中，碳多次掺入在晶体中，尤其是至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和
/
或晶格间，从而提高了正极材料内部的导电性，提高了制得掺杂正极材料的导电性，制备方法工艺可控，制得的掺杂正极材料结构和物化性质稳定
。
[0011]第三方面，本申请提供一种二次电池，包括正极和负极，正极含有本申请掺杂正极材料或含有本申请制备方法制备的掺杂正极材料
。
[0012]本申请二次电池的正极含有包括本申请掺杂正极材料，因掺杂正极材料导电性
好，能更好地与例如正极中的导电剂等材料配合提高正极的导电性，使得本申请实施例二次电池内部电阻低，具有良好的倍率性能
、
放电容量和循环性能
。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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
。
[0014]图1是本申请实施例
A1
掺杂正极材料的透射电镜图；
[0015]图2是本申请实施例
A1
掺杂正极材料的元素分析
Mapping
图；
[0016]图3是本申请实施例
A1
掺杂正极材料和对比例
A3
正极材料的
XRD
图；
[0017]图4是本申请实施例
A1
掺杂正极材料和对比例
A3
正极材料的
XRD
局部放大图；
[0018]图5是本申请实施例
A1
掺杂正极材料和对比例
A3
正极材料的
XRD
局部放大图
。
具体实施方式
[0019]为了使本申请要解决的技术问题
、
技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请
。
[0020]本申请中，术语“和
/
或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，
A
和
/
或
B
，可以表示：单独存在
A
，同时存在
A
和
B
，单独存在
B
的情况
。
其中
A
，
B
可以是单数或者复数
。
字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系
。
[0021]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上
。“以下至少一项
(
个
)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项
(
个
)
或复数项
(
个
)
的任意组合
。
例如，“a,b,
或
c
中的至少一项
(
个
)”，或，“a,b,
和
c
中的至少一项
(
个
)”，均可以表示：
a,b,c,a
‑
b(
即
a
和
b),a
‑
c,b
‑
c,
或
a
‑
b
‑
c
，其中
a,b,c
分别可以是单个，也可以是多个
。
[0022]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种掺杂正极材料，其特征在于：包括正极材料和碳原子，至少部分所述碳原子掺杂在所述正极材料的晶格内和
/
或晶格间
。2.
根据权利要求1所述的掺杂正极材料，其特征在于：所述正极材料包括磷酸盐正极材料；和
/
或所述正极材料中还掺杂有元素
A
，所述元素
A
包括
Ti、Mg、Co、Nb、Ca、Na、V
中的至少一种；和
/
或还包括碳包覆层，所述碳包覆层包覆所述正极材料
。3.
根据权利要求1或2所述的掺杂正极材料，其特征在于：所述元素
A
在所述正极材料中的摩尔含量大于0％，小于或等于
10
％；和
/
或所述碳原子形成化学键包括
C
‑
Ti、C
‑
Fe、C
‑
Mn
中的至少一种；和
/
或在所述掺杂正极材料中，所含的碳元素占所述掺杂正极材料总质量的
0.9
％～3％；和
/
或所述掺杂正极材料的一次颗粒的粒径为
20
～
200nm。4.
一种掺杂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在保护气体中，将包括正极材料前驱体和碳源进行多次烧结处理，使得在生成的正极材料的晶格内和
/
或晶格间掺杂有碳原子，得到掺杂正极材料；其中，每次所述烧结处理添加有所述碳源
。5.
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：多次所述烧结处理依次包括第一烧结处理和第二烧结处理；所述第一烧结处理包括将所述正极材料前驱体和第一碳源先经第一升温速率升温至第一段烧结的温度进行第一段烧结，再经第二升温速率升温至第二段烧结的温度进行第二段烧结得到烧结物，所述第一升温速率小于所述第二升温速率；所述第二烧结处理包括将所述烧结物和第二碳源先经第三升温速率升温至第三段烧结的温度进行第三段烧结，再经第四升温速率升温至第四段烧结的温度进行第四段烧结，所述第三升温速率小于所述第四升温速率
。6.
根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述第一烧结处理包括如下
(1)
～
(8)
中的至少一者：
(1)
所述第一碳源包括固态和
/
或液态碳源，且是与所述正极材料前驱体混合处理后进行所述第一烧结处理；
(2)
所述第一碳源包括气态碳源，所述气态碳源是在所述第一烧结处理时导入并与所述正极材料前驱体接触并反应；
(3)
所述第一升温速率为1～
3℃/min
；
(4)
所述第一段烧结的温度为
200
～
500℃
；
(5)
所述第一段烧结的时间为1～
2h
；
(6)
所述第二升温速率为5～
10℃/min
；
(7)
所述第二段烧结的温度为
550
～
700℃
；
(8)
所述第二段烧结的时间为4～
10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亨利，徐荣益，孔令涌，李意能，陈燕玉，郑银琼，
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：