[发明专利]改性磷酸盐系正极材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种改性磷酸盐系正极材料、其制备方法及应用，涉及锂电池技术领域。针对磷酸盐系正极材料基础上通过采用钛锰共掺杂和碳材料改性同时进行的方式，使制备得到的钛锰共掺杂的磷酸盐系正极材料中还含有碳材料，得到的材料为CNT/RGO‑LiFesubgt;1‑x‑y/subgt;Mnsubgt;x/subgt;Tisubgt;y/subgt;POsubgt;4/subgt;。一方面，Ti、Mn取代磷酸盐系正极材料中的Fe元素，可形成钛‑氧键和锰‑氧键，有利于电子和离子的迁移；另一方面，通过CNT/RGO改性，提高了材料的导电性及稳定性，两者协同作用，共同提高材料的电性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种改性磷酸盐系正极材料、其制备方法及应用。

背景技术

磷酸铁锂是一种锂离子电池电极材料，化学式为LiFePO₄，主要用于各种锂离子电池。磷酸铁锂主要应用领域包括：(1)储能设备，如太阳能、风力发电系统等；(2)电动工具类，如电钻、除草机等；(3)轻型电动车辆，如电动机车、电动自行车、休闲车、高尔夫球车、电动推高机、清洁车、混合动力汽车(HEV)等；(4)小型设备，如电动轮椅车、电动代步车、遥控电动飞机、遥控电动车、遥控电动船等。可见，磷酸铁锂是目前应用非常广泛的一类锂离子电池电极材料。

现有LiFePO₄正极材料的制备一般采用铁源、锂源、磷源、碳源，经球磨混合后，在氮气气氛下，经过烧结，形成碳包覆的多晶结构。一般还需要在烧结之后再次掺杂改性，操作繁琐。

但是，目前的制备方法得到的LiFePO₄正极材料普遍存在着电化学性能不佳、制备过程繁琐等问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性磷酸盐系正极材料及其制备方法，旨在显著改善正极材料的电化学性能。

本发明的另一目的在于提供一种正极极片及锂离子电池，旨在提高其电化学性能和循环性能。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种改性磷酸盐系正极材料，包括含钛锰的磷酸盐系颗粒和碳材料，所述磷酸盐系颗粒的化学式为LiFe_1-x-yMn_xTi_yPO₄，0.5≤x≤0.8，0y≤0.2，所述碳材料选自碳纳米管(CNT)和石墨烯(RGO)中的至少一种，且所述碳材料穿插于磷酸盐系颗粒间隙中。

在可选的实施方式中，磷酸盐系颗粒表面具有由碳源形成的碳包覆层，一部分碳材料包覆于碳包覆层上，一部分碳材料穿插于磷酸盐系颗粒间隙中；

优选地，在正极材料中，碳源含量为18％-28％；

优选地，在正极材料中，碳材料的含量为0.1％-0.5％。

第二方面，本发明提供一种改性磷酸盐系正极材料的制备方法，包括以下步骤：

前驱体制备：将锂源、铁源、锰源、磷源、钛源和碳源混合溶解，加入碳材料，进行水热反应获得前驱体；其中，碳材料选自碳纳米管(CNT)和石墨烯(RGO)中的至少一种；

烧结：将前驱体进行升温烧结后降至室温，得到烧结物；

破碎：将烧结物进行粉碎、分筛处理，得到改性的CNT/RGO-LiFe_1-x-yMn_xTi_yPO₄正极材料。

在可选的实施方式中，在所述前驱体制备的步骤中，锂源、铁源、锰源、钛源、磷源的摩尔比为：(1～1.3)：(0～0.4)：(0.5～0.8)：(0～0.2)：(1～1.3)；