[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料改性磷酸锰铁锂及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锰锂(LiMn_xFe_1-xPO₄)作为锂离子电池正极材料，在电动汽车(EV)与储能系统(ESS)市场具有广泛的应用空间。LiMn_xFe_1-xPO₄能够提供较高的工作电位以及较高的放电容量，且其具有价格低廉、对环境友好、原料丰富、热稳定性好、安全性高等优点，已经获得了市场的认可。但是LiMn_xFe_1-xPO₄极低的本征电子电导率和锂离子扩散速率影响其电化学性能，进而阻碍其商业化应用。因此，提高LiMn_xFe_1-xPO₄的电子电导率及锂离子扩散速率成为了广泛关注的研究热点。

制备LiMn_xFe_1-xPO₄的传统方法包括固相法和液相法两大类，通过固相法制备的材料颗粒较大，且难于形成固溶体具有良好晶型的LiMn_xFe_1-xPO₄，液相法制备的LiMn_xFe_1-xPO₄材料颗粒较细、Mn与Fe能够较好的进入晶相形成固溶体，相对来说性能比较优越，但是流程复杂。在合成过程中对LiMn_xFe_1-xPO₄材料进行本体掺杂处理与表面包覆处理是提高材料本征电子电导率与锂离子扩散速率的有效途径，但是材料的电化学性能尤其是低温电化学性能却由其电子电导率与锂离子扩散速率共同决定，因此进行单纯的掺杂处理或者单纯的包覆处理无法对LiMn_xFe_1-xPO₄材料的性能起到本质的帮助。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池正极材料改性LiMn_xFe_1-xPO₄及其制备方法，该材料利用Na⁺进行取代锂位的体相掺杂，并且同时进行金属氟化物与导电碳的多层结构包覆，一步到位地在LiMn_xFe_1-xPO₄固溶体的表面构建多层包覆结构，通过进行Na⁺体相掺杂与复合表面包覆处理相结合，利用掺杂与包覆的协同改性作用，使LiMn_xFe_1-xPO₄材料的本征结构与表面界面更稳定，同时提高材料的锂离子扩散系数与电子导电率，改善了材料的循环性能，抑制了由材料界面不稳定带来的高温存储产气问题，使用该正极材料的锂离子电池具备优异的循环性能、高温存储性能以及安全性能。有鉴于此，确有必要提供一种修饰方法，此种修饰方法结合了掺杂与包覆的优势，同时构建一种特殊的多层包覆结构，在提高LiMn_xFe_1-xPO₄材料的电化学性能的同时能够解决由于材料中锰元素与铁元素溶出带来的安全隐患以及循环寿命问题，且此种修饰方法能够显著地降低材料的制作成本所制备的LiMn_xFe_1-xPO₄材料具有优异的低温电化学性能。