[发明专利]一种正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种正极材料及其制备方法和用途，所述正极材料包括磷酸盐系正极活性物质及包覆在所述磷酸盐系正极活性物质表面的包覆层，所述包覆层包括由多巴胺经碳化而成的碳和含氢的锂钛氧化合物。所述方法采用多巴胺、含氢的锂钛氧化合物、以及高温溶剂乙二醇水溶液，配合球磨、喷雾干燥和热处理工艺相结合，获得了性能优异的正极材料，所得正极材料具有较高的比容量，优异的循环稳定性，较高的倍率性能等突出优点。

技术领域

本发明属于电化学电源材料制备技术领域，尤其属于锂离子二次电池正极材料制备技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着全球性环境污染和能源短缺问题日益突出，具有放电比容量大、电压平台高、安全、寿命长、环境友好等突出优点的锂离子电池，在小型便携式电池、新能源汽车用动力电池、储能等各个领域的应用越来越广泛，同时为国防、工业和科技的快速发展以及人们生活水平的提高发挥了极大的作用。其中，正极材料约占锂离子电池成本的35％，是锂离子电池更新换代的核心技术，更是新能源汽车推广的关键，对锂离子电池正极材料的深入研究具有及其重要的应用价值。

磷酸盐系锂离子电池正极材料，如磷酸铁锂，因其具有原材料来源丰富、价格便宜、安全性高、循环寿命长、对环境友好等显著优势，在新能源汽车用动力电池领域和各类大中小型储能电池领域表现出广阔的应用前景。但是，磷酸盐系正极材料普遍的缺点是体积能量密度较低，因此采用磷酸铁锂材料的锂离子电池只适合应用在一些对能量密度要求不高，对安全性要求较高的场景，例如电动大巴，电动汽车，以及分布式储能等领域。另一方面，磷酸盐系锂离子电池正极材料导电性较差，从而导致其倍率性能较差。

为了解决上述问题，一方面，人们通常采用金属氧化物包覆或金属离子掺杂来缩短磷酸盐系锂离子电池正极材料的离子迁移路径，从而提高其快速充放电能力和离子导电性。

有研究人员通过高温球磨路线采用V和F离子共掺杂制备磷酸铁锂正极材料，研究结果表明，V、F离子共同掺杂不影响LiFePO₄的结构，F离子与V离子掺杂可以显著提高LiFePO₄的电化学性能，制备的LFP-VF具有良好的电化学性能，为0.1C容量为165.7mAhg^-1、1C容量为154.9mAhg^-1、10C容量为124.9mAhg^-1，1C倍率下500个循环后放电容量为148.2mAhg^-1，容量保持率为95.7％(Enhanced properties of LiFePO₄-C cathodematerials co-doped with V and F ions via high-temperature ball milling route,International Journal of Hydrogen energy,2019,44:27204-27213)。

CN 05406067A公开了一种氧化钛修饰磷酸铁锰锂正极材料的制备方法，其将锂源、铁源、锰源、磷源、碳源加入有机溶剂中进行球磨混合得到的磷酸铁锰，将前驱体混合物在微波炉中干燥，最终得到磷酸铁锰锂前驱体，随后放入管式炉中在惰性气体氛围下进行600-900℃，持续锻烧5-20h，得到磷酸铁锰锂正极材料。将0.5-5wt％的钛源与有机溶剂中进行磁力搅拌混合2-5h，配制成粒度分布均匀的悬浮液，利用恒压漏斗将悬浮液缓慢的加入到磷酸铁锰锂正极材料，高温水浴机械搅拌，之后烘箱中干燥，得到氧化钛修饰磷酸铁锰埋正极材料前驱体，将该前驱体在400-600℃煅烧2-5h，研磨，过筛，最终得到氧化钛修饰磷酸铁锰锂正极材料。通过此方法得到的氧化钛修饰酸铁锰锂正极材料，提高了锂离子电池正极材料的循环使用寿命及稳定性。