【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，且特别涉及一种分级多孔碳包覆的正极材料、锂离子电池及制备方法。
技术介绍
1、随着现代科技的飞速发展，电池作为能源存储的关键组件，在各行各业中都扮演着至关重要的角色，锂离子二次电池由于其具有高倍率、高电压、高比能等优势目前已经成为我国新能源产业发展的一个重点方向。相比于多晶正极材料，单晶正极材料的晶粒尺寸大，因此li+扩散路径更长，导致反应动力学差，容量更低。
2、表面碳包覆是用于提高锂电池比容量、倍率性能和循环性能的最重要的手段之一。现有技术中，常见的碳包覆方法有两种：一是将碳粉按照一定的比例加入到原料中，混合均匀后，在高温还原气氛下进行反应；另一种是在正极材料或其前驱体中添加有机化合物，在高温还原气氛下反应，使有机物热解生成碳，在材料表面形成碳包覆。通常，采用只含有碳、氢、氧三种元素的有机物进行碳包覆，以保证没有其他杂质原子混入。然而，现有技术难以达到较佳的包覆效果。
3、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种分级多孔碳包覆正极材料、锂离子电池及制备方法。
2、根据本专利技术的第一方面，提供一种分级多孔碳包覆正极材料，包括包覆层和内核，所述内核包括正极材料，所述包覆层为掺杂氮、磷的碳包覆层，所述包覆层为包含微孔、介孔和大孔的分级孔道结构，所述微孔的孔道容积占比为5
3、在专利技术的一个示例性实施例中，所述正极材料选自钴酸锂正极材料、多元正极材料或磷酸铁锂正极材料。
4、在专利技术的一个示例性实施例中，所述微孔的孔径为d1，所述介孔的孔径为d2，所述大孔的孔径为d3，其中，d1≤2nm；2nm<d2≤50nm；50nm<d3≤140nm。
5、在专利技术的一个示例性实施例中，单位质量所述碳包覆层的全部孔道容积为a，a＞0.004cm3/g。
6、在专利技术的一个示例性实施例中，碳包覆之前的所述内核的比表面积bet值为x，碳包覆之后的所述分级多孔碳包覆正极材料的比表面积bet值为y，x、y满足：5m2/g＜y-x＜40m2/g。
7、在专利技术的一个示例性实施例中，所述分级多孔碳包覆正极材料的吸油值为3.5～16ml/100g。
8、根据本专利技术的第二方面，提供一种如上任意一项所述的分级多孔碳包覆正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
9、s1，将正极材料分散在溶剂中，得到分散液，在所述分散液中加入含氨基单体、含醛基单体和含磷单体，经过缩合聚合反应得到预包覆正极材料；
10、s2，在所述预包覆正极材料中加入有机胺进行刻蚀，得到中间体；
11、s3，对所述中间体进行煅烧，得到分级多孔碳包覆正极材料。
12、在专利技术的一个示例性实施例中，步骤s1中，所述含氨基单体、所述含醛基单体和所述含磷单体分别溶解在溶剂中，得到含氨基单体溶液、含醛基单体溶液和含磷单体溶液，先将所述含氨基单体溶液加入到所述分散液中，再滴加所述含醛基单体溶液，最后加入所述含磷单体溶液；
13、和/或，步骤s1中，所述分散液中，所述正极材料的浓度为1～3g/l；
14、和/或，步骤s1中，所述缩合聚合反应的反应温度为15～40℃，反应时间为10～20h。
15、在专利技术的一个示例性实施例中，所述含氨基单体选自选自3,3'-二氨基联苯胺、三聚氰胺和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯中的一种或多种；和/或，所述含醛基单体选自对苯二甲醛和1,3,5-三醛基苯的一种或两种；和/或，所述含磷单体选自dopo；和/或，所述有机胺选自乙二胺、丙胺和苯胺的一种或多种。
16、在专利技术的一个示例性实施例中，步骤s2中，将所述预包覆正极材料分散在溶剂中，得到溶液a，将有机胺与溶剂混合配置成溶液b，将所述溶液b加入到所述溶液a中，使得反应体系中有机胺的浓度为0.01～0.08mol/l，反应时间为13～24h。
17、在专利技术的一个示例性实施例中，步骤s3中，在惰性气体保护下进行煅烧，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～4h。
18、根据本专利技术的第三方面，提供一种锂离子电池，包括：正极、负极和电解液，所述正极包括如上任意一项所述的分级多孔碳包覆正极材料。
19、本专利技术实施例的分级多孔碳包覆正极材料、锂离子电池及制备方法的有益效果是：
20、本专利技术提供的分级多孔碳包覆正极材料，其包覆层掺杂有氮元素、磷元素，能够有效提高材料的导电性，增加活性位点，提高材料中的缺陷浓度，能够在一定程度上有利于材料的克容量发挥。通过有机胺刻蚀，使得包覆层同时包含微孔、介孔和大孔结构，微孔和介孔结构能够有利于电解质的渗透，促进电荷积累；介孔和大孔结构有效减少了锂离子扩散路径，有利于锂离子穿过碳层进入内部与基体接触，有效改善了材料的倍率性能。同时，能够缓解电池运行过程中材料发生的膨胀现象。此外，碳包覆层的结构，避免了材料与电解液的直接接触，改善了材料的循环稳定性。通过上述分级多孔碳包覆结构有效提高了正极材料在电池中的可逆容量、循环稳定性和倍率性能。
21、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
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1.一种分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，包括包覆层和内核，所述内核包括正极材料，所述包覆层为掺杂氮、磷的碳包覆层，所述包覆层为包含微孔、介孔和大孔的分级孔道结构，所述微孔的孔道容积占比为57.1～87.2％，所述介孔的孔道容积占比为7.6～38.1％，所述大孔的孔道容积占比为0.8～35.3％，其中，所述孔道容积占比为对应的孔道容积在所述包覆层全部孔道容积中的占比。
2.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，所述正极材料选自钴酸锂正极材料、多元正极材料或磷酸铁锂正极材料。
3.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，所述微孔的孔径为D1，所述介孔的孔径为D2，所述大孔的孔径为D3，其中，D1≤2nm；2nm<D2≤50nm；50nm<D3≤140nm。
4.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，单位质量所述碳包覆层的全部孔道容积为a，a＞0.004cm3/g。
5.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，碳包覆之前的所述内核的比表面积BET值为X，碳
6.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，所述分级多孔碳包覆正极材料的吸油值为3.5～16ml/100g。
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的分级多孔碳包覆正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含氨基单体、所述含醛基单体和所述含磷单体分别溶解在溶剂中，得到含氨基单体溶液、含醛基单体溶液和含磷单体溶液，先将所述含氨基单体溶液加入到所述分散液中，再滴加所述含醛基单体溶液，最后加入所述含磷单体溶液；
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述含氨基单体选自选自3,3'-二氨基联苯胺、三聚氰胺和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯中的一种或多种；和/或，所述含醛基单体选自对苯二甲醛和1,3,5-三醛基苯的一种或两种；和/或，所述含磷单体选自DOPO；和/或，所述有机胺选自乙二胺、丙胺和苯胺的一种或多种。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将所述预包覆正极材料分散在溶剂中，得到溶液A，将有机胺与溶剂混合配置成溶液B，将所述溶液B加入到所述溶液A中，使得反应体系中有机胺的浓度为0.01～0.08mol/L，反应时间为13～24h。
11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在惰性气体保护下进行煅烧，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～4h。
12.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预包覆正极材料的包覆层为磷氮掺杂聚合物，所述磷氮掺杂聚合物具有醛胺缩合结构，当所述含氨单体选自3,3'-二氨基联苯胺，所述含醛基单体选自对苯二甲醛时，所述磷氮掺杂聚合物的结构式如式(I)所示：
13.一种锂离子电池，其特征在于，包括：正极、负极和电解液，所述正极包括如权利要求1～6任意一项所述的分级多孔碳包覆正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，包括包覆层和内核，所述内核包括正极材料，所述包覆层为掺杂氮、磷的碳包覆层，所述包覆层为包含微孔、介孔和大孔的分级孔道结构，所述微孔的孔道容积占比为57.1～87.2％，所述介孔的孔道容积占比为7.6～38.1％，所述大孔的孔道容积占比为0.8～35.3％，其中，所述孔道容积占比为对应的孔道容积在所述包覆层全部孔道容积中的占比。
2.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，所述正极材料选自钴酸锂正极材料、多元正极材料或磷酸铁锂正极材料。
3.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，所述微孔的孔径为d1，所述介孔的孔径为d2，所述大孔的孔径为d3，其中，d1≤2nm；2nm<d2≤50nm；50nm<d3≤140nm。
4.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，单位质量所述碳包覆层的全部孔道容积为a，a＞0.004cm3/g。
5.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，碳包覆之前的所述内核的比表面积bet值为x，碳包覆之后的所述分级多孔碳包覆正极材料的比表面积bet值为y，x、y满足：5m2/g＜y-x＜40m2/g。
6.根据权利要求1所述的分级多孔碳包覆正极材料，其特征在于，所述分级多孔碳包覆正极材料的吸油值为3.5～16ml/100g。
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的分级多孔碳包覆正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄楚红，林建雄，蒋义淳，魏肖南，曾雷英，魏国祯，
申请(专利权)人：厦门厦钨新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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