【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及正极材料，具体涉及一种复合正极材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、锂离子电池因其具有高能量密度、长循环寿命、低自放电和环保特性等优点，在消费电子、新能源动力及储能等领域已实现大规模应用且占据着越来越高的份额。其中，正极材料作为构成锂离子电池的关键材料之一，直接影响着锂离子电池的能量密度、循环寿命、倍率性能及安全性能。
2、当前，lifepo4已成为主流的商业化正极材料，因其具有安全性高、循环寿命长、价格低廉和结构稳定等优点而备受青睐。然而，受限于材料自身的电压平台，lifepo4的能量密度发挥已接近极限。为此，研究者们在lifepo4的基础之上发展起来了一款升级材料，即limnfepo4(磷酸锰铁锂)，limnfepo4的电压平台可提升至4.1v左右，在相同的克容量下，其能量密度较lifepo4高出约20％，显示出替代lifepo4的巨大潜力。但是，limnfepo4同样面临着磷酸盐基化合物普遍存在的挑战，如电子电导率低下和锂离子扩散缓慢等固有问题，这制约了电池的倍率性能和循环性能。为克服这些问题，研究者们通常采用碳包覆、元素掺杂及缩小材料纳米颗粒尺寸等方法进行改进，以期优化其性能表现。
3、cn 116374981 a中公开了一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和应用，磷酸锰铁锂正极材料的制备方法包括：将导电碳微球和磷酸锰铁锂前驱液混合，得到混合溶液；将混合溶液进行水热反应，并将水热反应的产物进行冷冻干燥，得到磷酸锰铁锂前驱体；将磷酸锰铁锂前驱体进行高温烧结，得到磷酸锰铁锂正极材料。该磷酸
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合正极材料、制备方法及应用，以解决现有磷酸锰铁锂正极材料存在倍率性能和循环性能低的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种复合正极材料，包括具有介孔结构的碳、负载在所述碳的介孔孔道内的正极活性材料和包覆在所述碳表面的离子导体层。
4、根据上述技术手段，通过以介孔结构的碳作为基体，并在碳的介孔孔道中负载正极活性材料，显著增大了正极活性材料与碳的接触面积，从而大幅提升了复合正极材料的导电性能和能量密度；同时，在碳的表面包覆一层离子导体层，这不仅为正极材料的离子和电子传递提供了快速通道，极大地加快了电子传递和锂离子扩散速率，还有效地减小了正极材料在充放电过程中的极化效应，使得复合材料展现出了更佳优异的倍率性能和循环性能，值得一提的是，包覆的离子导体层还起到了保护层的作用，它能有效抑制过渡金属溶出，并阻碍不良副反应的发生，进而进一步提升了复合正极材料的各项电化学性能，因此，通过以介孔结构的碳作为基体，并在碳的介孔孔道中负载正极活性材料，同时在碳的表面包覆离子导体层，不仅优化了材料的结构，更显著提升了各项电化学性能，为正极材料的发展和应用开辟了新的道路。
5、优选的，所述复合正极材料为球型构造。
6、球形构造的复合正极材料更容易填入到电极孔隙中且不破坏原本结构，压实密度也可进一步增大，从而进一步提升复合正极材料的能量密度。
7、优选的，所述复合正极材料为规则的球形形貌。
8、优选的，所述正极活性材料是通过原位生长的方式沉积在所述碳的介孔孔道内的。
9、正极活性材料通过原位生长方式沉积在碳的介孔孔道内，不仅可以定向控制正极活性材料的尺寸，促进正极活性材料分散的均匀性，使得正极活性材料尽可能占据碳内部更多的孔道空间，提高正极活性材料的占比，还尽可能增大了正极活性材料与碳的接触面积，从而凭借碳的结构优势提升正极复合材料整体的导电性能和能量密度。
10、优选的，正极活性材料选自磷酸锰铁锂，所述磷酸锰铁锂的化学式为limn1-xfexpo4，0.2≤x≤0.4。
11、优选的，离子导体选自铝酸锂(lialo2)、钒酸锂(li3vo4)、钛酸镧锂(li0.33la0.56tio3)、锆酸锂(li2zro3)、硅酸锂(li2sio3)、磷酸锂(li3po4)和锂锗磷硫(li10gep2s12)中的至少一种。
12、优选的，所述碳的介孔孔道由内至外逐渐增大。
13、碳的介孔孔道由内至外逐渐增大，方便了正极活性材料的沉积。
14、优选的，所述碳选自三维介孔碳球，三维介孔碳球的粒径在350nm～450nm之间。
15、通过采用三维介孔碳球作为碳基体，有效平衡了极限电流密度，抑制了局部电流过大导致过热问题，从而提升了复合正极材料的安全性能。
16、优选的，所述碳的介孔孔道直径在20nm～50nm之间。
17、优选的，所述正极活性材料为纳米颗粒的正极活性材料，纳米颗粒的尺寸在12nm～45nm之间。
18、优选的，所述离子导体层的厚度在3nm～10nm之间。
19、通过控制离子导体层的厚度在3nm～10nm之间，即在碳表面包覆一层离子导体薄层，从而为材料的离子传导提供了快速通道，进而改善了li+的嵌/脱动力学。
20、优选的，所述离子导体的尺寸在30nm～60nm之间。
21、优选的，所述碳占复合正极材料的质量比在2.5％～5％之间。
22、优选的，所述正极活性材料占复合正极材料的质量比在93％～97％。
23、优选的，所述离子导体占复合正极材料的质量比在0.5％～2％。
24、本专利技术还提供一种复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：
25、s1、将正极活性材料分散至第一溶剂中，得到正极活性材料前驱液；
26、s2、向正极材料前驱液中加入具有介孔结构的碳，超声，喷雾干燥，得到第一中间产物；
27、s3、在惰性气氛条件下，将第一中间产物煅烧，得到第二中间产物；
28、s4、将第二中间产物与离子导体加入第二溶剂中混合研磨，第二次退火处理，得到复合正极材料。
29、根据上述技术手段，通过对正极材料前驱液与介孔结构的碳的混合物先进行长本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合正极材料，其特征在于，包括具有介孔结构的碳、负载在所述碳的介孔孔道内的正极活性材料和包覆在所述碳表面的离子导体层。
2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料为球型构造；
3.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述碳的介孔孔道由内至外逐渐增大；
4.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述碳占复合正极材料的质量比在2.5%~5%之间；
5.如权利要求1至权利要求4任一项所述复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中，包括：向水中加入锂源、铁源、锰源和磷源，超声分散，得到正极活性材料前驱液；
7.根据权利要求6所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、草酸锂中的至少一种；
8.根据权利要求5所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述S2中，具有介孔结构的碳的制备方法包括：
9.根据权利要求8所述复合正极材料的制
10.根据权利要求5所述复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述S2中，超声处理的功率在300W~600W之间；
11.一种如权利要求1至权利要求4任一项所述复合正极材料的应用，其特征在于，所述复合正极材料应用于电池中。
...【技术特征摘要】
1.一种复合正极材料，其特征在于，包括具有介孔结构的碳、负载在所述碳的介孔孔道内的正极活性材料和包覆在所述碳表面的离子导体层。
2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料为球型构造；
3.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述碳的介孔孔道由内至外逐渐增大；
4.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述碳占复合正极材料的质量比在2.5%~5%之间；
5.如权利要求1至权利要求4任一项所述复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，包括：向水中加入锂源、铁源、锰源和磷源，超声分散，得...
【专利技术属性】
技术研发人员：范正银，夏骥，牟丽莎，杜长虹，
申请(专利权)人：深蓝汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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