[发明专利]正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及一种正极材料，包括主要成分为磷酸铁锰锂LiMn_0.7Fe_0.3PO₄和磷酸钒锂Li₃V₂(PO₄)₃的基体，以及所述基体外包覆的石墨烯。本发明还涉及所述正极材料的制备方法。本发明进一步涉及包括所述正极材料的锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为目前重要的新型绿色能源，已经广泛地应用到人们的生活当中。自从1980年Goodenough等提出了氧化钴锂(LiCoO₂)作为锂离子电池的正极材料，1990年Sony公司将锂离子电池进行商业化之后，涌现了很多新型的锂离子电池正极材料，比如磷酸铁锂(LiFePO₄)、镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMnO₂)、磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)等。磷酸铁锂由于其原料来源广泛、价格更低廉且无环境污染受到了极大的关注并引起广泛地研究和迅速的发展，然而LiFePO₄的电压平台较低(3.4V，vs.Li/Li⁺)，相较于LiFePO₄，LiMnPO₄与LiFePO₄结构相似，同样具有环境友好、与电解液兼容性好等优点，且LiMnPO₄具有4.0V(vs.Li/Li⁺)的高电压平台，其能量密度可提高约20％。然而，LiMnPO₄的电子和锂离子电导率相比于LiFePO₄低了一个量级，而且在充放电过程中LiMnPO₄/MnPO₄之间存在姜泰勒效应和Mn²⁺溶解于电解液等问题，都使得LiMnPO₄结构被破坏，很难获得优异的循环和倍率性能。

目前，对LiMnPO₄进行部分Fe²⁺取代形成磷酸铁锰锂成为了市场上一种主流的方法，该材料兼具高能量密度和循环稳定的优点，然而，磷酸铁锰锂的电导率仍然较低，限制了其在大电流密度下的可逆比容量，难以满足市场的需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够具有更高电导率的正极材料及其制备方法和锂离子电池。

本发明的一个方面，提供一种正极材料，包括主要成分为磷酸铁锰锂LiMn_0.7Fe_0.3PO₄和磷酸钒锂Li₃V₂(PO₄)₃的基体，以及所述基体外包覆的石墨烯。

在其中一个实施方式中，所述磷酸钒锂和磷酸铁锰锂的质量比为x:(1-x)，其中，0＜x≤0.3。

在其中一个实施方式中，基于正极材料的总重量，所述石墨烯含量的2wt％～3wt％。

在其中一个实施方式中，所述正极材料为类椭球形的颗粒，颗粒的尺寸为100nm～150nm。

本发明还一个方面，提供一种所述的正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将锂源、钒源、磷源和第一碳源按照预定比例混合，得到所述磷酸钒锂的前驱体；

将所述磷酸钒锂的前驱体在惰性气氛下进行烧结处理，得到磷酸钒锂预烧粉；

将所述磷酸钒锂预烧粉、所述磷酸铁锰锂的前驱体和第二碳源按照预定比例混合，得到正极材料前驱体；

将所述正极材料前驱体在惰性气氛下进行烧结处理，得到正极材料。