[发明专利]碱金属磷酸盐复合电极材料其制备方法、二次电池

说明书

本申请属于电池材料技术领域，尤其涉及一种碱金属磷酸盐复合电极材料其制备方法，以及一种二次电池。其制备包括步骤：采用长链有机过渡金属盐催化剂对有机碳源进行修饰，按化学通式为LiMPOsubgt;4/subgt;的磷酸盐中元素的化学计量比获取原料制成混合前驱体粉料；将修饰后的碳源和混合前驱体粉料置于反应体系中进行化学气相沉积处理，得到高度石墨化碳层包覆的碱金属磷酸盐复合电极材料，内核晶格中掺杂有过渡金属元素。其中，高度石墨化的碳层能提高内核碱金属磷酸盐在充放电过程中的循环稳定性、导电性和离子扩散系数；内核晶格中掺杂的过渡金属元素，能够进一步提高碱金属磷酸盐电极材料的离子扩散能力。

技术领域

本申请属于电池材料技术领域，尤其涉及一种碱金属磷酸盐复合电极材料其制备方法，以及一种二次电池。

背景技术

锂离子电池因其高的能量密度、自放电小、无记忆效应和较长的循环寿命而被广泛应用于3C电子产品，动力汽车和储能电站等众多领域，是当下新能源存储转换系统中的研究热点。而正极材料在电池中的成本占比和质量占比都是最高的，因此对于电池的性能和成本影响非常重要。橄榄石结构的磷酸盐电极材料由于安全性高等优势近年来在动力电池市场份额愈来愈高。但相对的这种橄榄石结构使得材料的电导率较低。同时，三维空间网状的结构形成的一维离子扩散通道限制了离子的扩散，导致这种橄榄石结构的碱金属磷酸盐电极材料作为电极时电化学性能受到影响。

表面碳包覆是提高橄榄石结构碱金属磷酸盐电极材料电导率的一种有效方式，目前商用上的磷酸铁锂材料也多采用这一方法。但是这一方式对于磷酸铁锂系材料在低温下的性能改善还不甚理想。虽然通过进一步提高合成温度，使外表面的碳层石墨化程度更高，可以进一步改善材料的电导率。但是更高的温度在加大生产成本的同时其碳排放也更为严重，不利于当下节能降本的环境。更为严重的是，在更高温度的情况下，碳材料的还原性会增强，其会将碱金属磷酸盐电极材料还原成金属单质，使得碱金属磷酸盐电极材料的纯度急剧下降，其电化学性能也随之受到影响。

发明内容

本申请的目的在于提供一种碱金属磷酸盐复合电极材料其制备方法，以及一种二次电池，旨在一定程度上解决现有碱金属磷酸盐电极材料电导率低，离子扩散效率低的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种碱金属磷酸盐复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

获取有机碳源，采用金属催化剂对所述有机碳源进行修饰，得到修饰后的碳源；所述金属催化剂选自长链有机过渡金属盐催化剂；

按化学通式为LiMPO₄的磷酸盐中元素的化学计量比获取锂源、磷源和M源后，制成混合前驱体粉料；其中，所述M源选自碱金属源；

将所述修饰后的碳源和所述混合前驱体粉料置于反应体系中进行化学气相沉积处理，得到碱金属磷酸盐复合电极材料。

本申请第一方面提供的碱金属磷酸盐复合电极材料的制备方法，采用长链有机过渡金属盐催化剂对所述有机碳源进行修饰，一方面，这些有机金属催化剂对碳源具有石墨化催化效应，使碳源能够在相对较低的温度条件下达到高度石墨化的效果。制备温度的降低既能够有效减少工业生产成本，而且又能避免碱金属磷酸盐电极材料在高温下被高还原性的碳层还原生成杂相，提高碱金属磷酸盐复合电极材料的纯度。另一方面，接枝在有机碳源上的金属催化剂在后续催化碳源石墨化的同时，也会掺杂进入磷酸盐电极材料的晶格内部，进一步达到提高磷酸盐电极材料的离子扩散能力。在修饰后的碳源和磷酸盐混合前驱体粉末的气相沉积处理过程中，无需额外采用较高的沉积温度，便可在有机金属催化剂的催化效应下，使碳源高度石墨化，同时在磷酸盐表面原位沉积形成高度石墨化的碳层，得到碱金属磷酸盐复合电极材料。制备的高度石墨化的碳层能够有效改善碱金属磷酸盐电极材料导电性和离子扩散系数，进而提高碱金属磷酸盐作为电极材料的电化学性能。