[发明专利]一种碳包覆含锂过渡金属磷酸盐正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种碳包覆含锂过渡金属磷酸盐正极材料，包括含锂过渡金属磷酸盐正极材料以及包覆在所述含锂过渡金属磷酸盐正极材料表面的碳包覆层，所述碳包覆层中掺杂硒元素，所述含锂过渡金属磷酸盐正极材料结构式为LiMPO₄，M为Fe、Mn、Co和Ni中的至少一种。碳包覆层可以更好地发挥导电作用，带来材料倍率性能得到提升；包覆层和主体材料之间的强作用力，使得材料在长循环下仍能够保持碳材料与主体材料良好接触，循环性获得提升；包覆层与主体材料间结合紧密，相同的碳含量时压实密度更大。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种碳包覆含锂过渡金属磷酸盐正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等优点，在能源存储和供应方面逐渐占据了主导地位。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解质及其他配件组成，其中正极活性材料对电池的整体性能发挥起着至关重要的作用。目前，商用锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、三元材料、尖晶石 LiMn₂O₄和橄榄石结构磷酸铁锂(LiFePO₄)等。

LiFePO₄是Goodenough教授在1997年提出的新一代锂离子电池正极材料，其具有放电电压合适(3.5V)、理论比容量高(170mAh/g)、热稳定性和电化学稳定性较好、与大多数电解液兼容、原料来源丰富且环境友好等优点。但是，作为锂离子电池正极材料，LiFePO₄有着非常显著的缺点，那就是电子电导率和室温下Li⁺在其中的迁移率都较低，分别为10^-9S/cm和10^-14～10^-11cm²/s，这仍然是制约LiFePO₄应用的最大难题。

现有技术中采用碳包覆的技术手段在一定程度上获得材料本征电子电导和离子电导的提升，碳包覆一般是在LiFePO₄生成过程中在其表面原位包覆一层较薄的碳材料，也有先制备出LiFePO₄材料再对其进行包碳处理的。无论采用何种方式包碳，由于LiFePO₄和碳是两种差异巨大的物质，晶格严重不匹配，界面连接不够紧密。虽然 LiFePO₄材料在充放电过程中体积变化较小，短期循环不会有明显的问题，但在长期循环过程还是容易出现包覆材料脱落、导电性变差、材料性能衰退的问题。

与磷酸铁锂有相同结构的含锂过渡金属磷酸盐，其同样存在磷酸铁锂所面临的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种碳包覆含锂过渡金属磷酸盐正极材料，能够解决循环过程中包覆材料脱落、导电性变差、材料性能衰退等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳包覆含锂过渡金属磷酸盐正极材料，包括含锂过渡金属磷酸盐正极材料以及包覆在所述含锂过渡金属磷酸盐正极材料表面的碳包覆层，所述碳包覆层中掺杂硒元素，所述含锂过渡金属磷酸盐正极材料的结构式为LiMPO₄，M为Fe、Mn、Co和Ni中的至少一种。需要说明的是，磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂和磷酸镍锂均为橄榄石结构，并且，Fe、Co、Mn和Ni可以形成相互固溶体。硒与氧是同族元素，可以取代氧的位置，但是由于硒的原子半径比氧大得多，其主要存在于LiMPO₄的表层并与M和P形成化学键，而硒和碳之间也可以形成相对强的化学键，这就为碳包覆层和 LiMPO₄之间建立较为牢固的连接。