【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池，具体涉及一种正极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、与磷酸铁锂相比，掺杂锰元素的磷酸铁锂将转化为磷酸铁锂和磷酸锰锂的固溶体，充放电电压平台更高，作为动力电池正极使用时能量密度高，理论性能优异。
2、然而，磷酸锰铁锂中由于p-o键会大幅度限制自由电子的运动，因此其电导率远不及磷酸铁锂，材料导电性能差；另一方面，锰元素的引入会带来姜-泰勒效应，加上正极材料的表面重建效应，材料中的锰元素极易溶出，导致材料的晶格发生畸变，并且溶出的锰元素还会扩散到电解液甚至转移到负极表面，造成动力电池的性能削弱。
技术实现思路
1、本申请的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种正极材料及其制备方法与应用。本申请所述正极材料具有三层核壳结构，作为良离子导体的磷化亚铁作为中间层包覆在磷酸锰铁锂表面，可以有效改善磷酸锰铁锂的电子、离子传导率，而外层壳层为无定型碳以及嵌入其中的碳纳米管，该结构层不仅更有利于正极材料在接触电解液时能够快速浸润，同时也能作为导电层/保护层协同中间层提升整体材料的导电性并抑制锰元素的溶出；此外，外层镶嵌的碳纳米管使得整体材料呈现出三维连通结构，内部的磷酸锰铁锂的电子传输能力进一步提升，该正极材料表现出优异的长循环性能。
2、为实现上述目的，在本申请的第一方面，本申请提供了一种正极材料，包括复合颗粒，所述复合颗粒由内至外至少包括内核、中间层以及壳层；
3、所述内核包含磷酸锰铁锂；所述中间层包含磷化亚铁；
4、所述
5、作为本申请的实施方案，所述无定型碳远离内核一侧的表面有碳纳米管。
6、作为本申请的实施方案，所述碳纳米管的长径比≥60。
7、作为本申请的实施方案，所述正极材料的比表面积为12.78～23.36m2/g。
8、作为本申请的实施方案，所述复合颗粒满足ra：rb＝(0.5～8)：1，其中ra nm为壳层的平均厚度，rb nm为中间层的平均厚度。
9、作为本申请的实施方案，所述ra满足：5nm≤ra≤90nm。
10、作为本申请的实施方案，所述rb满足：2.5nm≤ra≤24.5nm。
11、作为本申请的实施方案，所述正极材料的制备方法，包括以下步骤：
12、将磷酸锰铁锂与含有机配体的溶液配制悬浮混合液；
13、在悬浮混合液中加入钴源并反应，过滤，得钴基mof(金属有机骨架)改性磷酸锰铁锂；
14、将钴基mof改性磷酸锰铁锂依次经煅烧处理和退火处理，即得所述正极材料。
15、作为本申请的实施方案，所述有机配体包括2-甲基咪唑、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、均苯三甲酸中的至少一种。
16、作为本申请的实施方案，所述钴源包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的至少一种。
17、作为本申请的实施方案，所述悬浮混合液与钴源的反应时间为15～120min。
18、作为本申请的实施方案，所述煅烧处理时的温度为180～300℃，时间为0.5～4h。
19、作为本申请的实施方案，所述退火处理时采用氮气、氩气或氩氢混合气氛围进行，温度为700～900℃，时间为0.15～6h。
20、作为另一种本申请的实施方案，所述正极材料的制备方法，包括以下步骤：
21、将磷酸锰铁锂和碳源球磨混合，随后进行一次退火处理，得复合磷酸锰铁锂；
22、将复合磷酸锰铁锂与催化剂分散在溶剂中并混合，过滤，所得固相进行二次退火处理，即得所述正极材料。
23、作为本申请的实施方案，所述碳源为糖、聚酯、多巴胺、单宁酸、mof中的至少一种。
24、作为本申请的实施方案，所述一次退火处理采用氮气、氩气或氩氢混合气氛围进行，温度为400～600℃，时间为4～6h。
25、作为本申请的实施方案，所述催化剂为钴源，所述钴源包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的至少一种。
26、作为本申请的实施方案，所述二次退火处理还加入含碳元素的气体，包括气体烃、一氧化碳中的至少一种。
27、作为本申请的实施方案，所述二次退火处理采用氮气、氩气或氩氢混合气氛围进行，温度为600～900℃，时间为1～6h。
28、在本申请的第二方面，本申请提供了一种二次电池，包括所述正极材料。
29、在本申请的第三方面，本申请提供了一种用电装置，包括所述二次电池，所述二次电池作为所述用电装置的供电电源。
30、本申请的有益效果在于：
31、本申请提供了一种正极材料及其制备方法与应用，本申请所述正极材料具有三层核壳结构，良离子导体的磷化亚铁在中间层，包覆在磷酸锰铁锂表面，可以有效改善磷酸锰铁锂的电子、离子传导率；外层壳层中含有无定型碳以及嵌入无定型碳中的碳纳米管，该结构层不仅更有利于正极材料在接触电解液时能够快速浸润，同时也能作为导电层/保护层协同中间层提升整体材料的导电性并抑制锰元素的溶出；此外，外层镶嵌的碳纳米管使得整体材料呈现出三维连通结构，内部的磷酸锰铁锂的电子传输能力进一步提升，该正极材料表现出优异的长循环性能。
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1.一种正极材料，其特征在于，包括复合颗粒，所述复合颗粒由内至外至少包括内核、中间层以及壳层；
2.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述无定型碳远离内核一侧的表面有碳纳米管。
3.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述碳纳米管的长径比≥60。
4.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为12.78～23.36m2/g。
5.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述复合颗粒满足Ra：Rb＝(0.5～8)：1，其中Ra nm为壳层的平均厚度，Rb nm为中间层的平均厚度。
6.如权利要求5所述正极材料，其特征在于，所述Ra满足：5nm≤Ra≤90nm；和/或，所述Rb满足：2.5nm≤Ra≤24.5nm。
7.如权利要求1～6任一项所述正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.如权利要求7所述正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下(a)和/或(b)：
9.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述正极材料。
10.一种用
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括复合颗粒，所述复合颗粒由内至外至少包括内核、中间层以及壳层；
2.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述无定型碳远离内核一侧的表面有碳纳米管。
3.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述碳纳米管的长径比≥60。
4.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为12.78～23.36m2/g。
5.如权利要求1所述正极材料，其特征在于，所述复合颗粒满足ra：rb＝(0.5～8)：1，其中ra nm为壳层的平均厚度，rb nm为中间层...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱青文，
申请(专利权)人：欣旺达动力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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