[发明专利]一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池复合正极材料，包括作为包覆材料的磷酸盐和碳层，以及作为被包覆材料的三元材料，所述磷酸盐包覆在三元材料的表面，所述碳层同时包覆在三元材料以及磷酸盐的表面；所述磷酸盐与三元材料的质量比为0.1:9.9～4:6；所述碳层在在整个复合正极材料的质量含量为0.5％～5％；所述磷酸盐的化学式为LiMn_xFe_yM_zPO₄/C；所述三元材料的化学式为LiNi_xCo_yN_1‑x‑yO₂。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

随着环境问题的日益突出以及传统石油能源的逐渐枯竭，锂离子电池作为新型绿色二次电池受到人们越来越多的关注。磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、钴酸锂以及镍钴锰三元材料是应用最为广泛的几种锂离子电池正极材料。其中，磷酸铁锂价格低廉且具有优异的安全性能，镍钴锰酸锂具有高能量密度的特点，这两种材料都成功的应用在电动汽车上。随着国家在新能源汽车补贴上向高续航里程倾斜，各个企业的开发重心也向着高能量密度方向发展，比如三元材料，尤其是高镍三元材料的开发。

但是，三元材料中镍含量的提高不仅伴随着能量密度的增加，还带来了更加严峻的使用安全性问题。工艺改善，离子掺杂以及表面包覆是常用的改善高镍三元材料的安全性问题的方法。比如对成品进行水洗可以降低残碱，提高材料的循环稳定性；金属离子掺杂可以减少离子混排，提高材料的放电比容量；金属氧化物包覆可以降低三元素与电解液的接触面积。通过这些方法能够对安全问题有一定的改善，但是还远远不能满足目前市场对高镍材料的循环以及安全性能的要求。

磷酸锰铁锂或者磷酸铁锂包覆三元材料能够有效地改善其循环以及安全性能。

如公开号为CN104300123B的中国发明专利公开了一种混合正极材料、使用该正极材料的正极片及锂离子电池，通过在调浆阶段，分别将磷酸锰铁锂或/和磷酸铁锂和镍钴锰进行混合来制备极片。但是通过调浆时的简单混合，混合物可能会因为结合不紧密从而造成调浆不均匀。

如公开号为CN104733730A的中国发明专利申请公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池，通过机械融合得到磷酸锰锂包覆的镍钴锰酸锂，但是通过单纯的机械方法混合，材料之间同样存在结合力不足的问题。

如公开号为CN107546379A的中国发明专利申请公开了磷酸锰铁锂-三元材料复合正极材料及其制备方法,通过机械融合机以及粘结剂的加入将磷酸锰铁锂包覆在三元材料表面，粘结剂的加入能在一定程度上改善了三元材料和磷酸铁锰铁锂之间的结合力。但是由于粘结剂电导率较差，三元材料和磷酸锰铁锂之间粘结剂的加入，使得其作为一个整体材料的电导率会受到粘结剂的影响，从而影响电性能的发挥。

如公开号为CN105406069A的中国发明专利申请公开了一种磷酸锰铁锂包覆处理三元材料的方法，通过在三元材料表面原位合成磷酸锰铁锂的方法，在三元材料表面包覆磷酸锰铁锂，这种方法包覆较均匀，但是，磷酸锰铁锂的合成条件苛刻，其合成的磷酸锰铁锂性质以及纯度难以控制，从而会影响整体材料的比容量的发挥。

以上专利提供的方法均无法提供一种简便、有效的包覆手段。

发明内容

本发明的目的是克服目前高安全性高镍三元材料制备技术的不足，提供了一种锂离子电池复合正极材料以及制备方法，可以使得磷酸盐与三元材料之间通过碳层连接，因此结合更为紧密，材料的导电性也更为优异。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：