[发明专利]橄榄石结构正极材料及其制备方法与应用、锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种橄榄石结构正极材料及其制备方法与应用、锂离子电池。该正极材料包括基体以及包覆于基体表面的包覆层；基体具有式I所示的组成：Li_1+a[(Fe_1‑xMn_x)_1‑bM_y]PO₄式I；‑0.5≤a≤0.3，0≤b≤0.4，0≤x≤1，0y≤0.04；包覆层所述包覆层为石墨化多孔碳，具有式II所示的组成：CD_v式II；0≤v≤0.4。该正极材料在充放电过程中具有优异的锂离子迁移率、电化学性能以及循环性能，并且相对于传统碳包覆橄榄石结构正极材料，该正极材料具有优异的离子导电性，将该正极材料用于锂离子电池，能够显著改善锂离子电池的容量、倍率和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种橄榄石结构正极材料及其制备方法与应用、一种锂离子电池。

背景技术

随着电动汽车及储能市场的迅速发展，近年来，人们对现有锂离子电池及其正极材料的能量密度、循环寿命和安全性能提出了更高的要求。其中，对于不同的应用场景提出了差异化的性能需求。对于要求高安全性能，长循环寿命，低成本的储能及商用车动力电池市场，以磷酸铁锂为代表的的橄榄石结构正极材料具有更强的竞争优势。

相比于层状多元材料，橄榄石型正极材料由于其晶体结构中所有的氧离子都通过很强的共价键与P构成稳定的(PO₄)^3-四面体结构，因此晶格中的氧不易丢失，不会因锂的深度脱嵌而分解产生氧气，这使得该材料具有高安全性能，长循环寿命，低成本等优点。但这种橄榄石型晶体结构也限制了电子电导率和锂离子扩散速率。因此，需要通过掺杂、包覆等工艺对其进行改性。现有的技术方法通常采用蔗糖、葡萄糖等有机物作为碳源包覆橄榄石结构正极材料，从而提高其电子导电性并抑制其一次颗粒尺寸。但获得均一、完整的碳包覆层比较困难，导致存在部分区域碳含量偏低、电阻率偏高，材料的整体内阻升高，影响材料的电化学性能。

CN102185140A公开了一种纳米网络导电聚合物包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于以表面活性剂为模板，在低温酸性溶液介质中使导电聚合物单体在磷酸铁锂表面原位聚合并成长为纳米网络结构，形成纳米网络导电聚合物包覆磷酸铁锂正极材料。纳米网络导电聚合物特殊的形貌有利于载流子在聚合物聚集体粒子之间的传导，具有较高的载流子迁移率，将其包覆在磷酸铁锂表面可以形成有效的导电网络，提高磷酸铁锂电导率，从而使电极材料的电化学性能提高。但是，这种工艺需要对成品的磷酸铁锂正极材料进行二次包覆，且需要用到强氧化剂引发聚合反应，工艺较为复杂，成本较高，对生产安全和环保也提出了更高的要求，不利于大规模工业化应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种橄榄石结构正极材料及其制备方法与应用、一种锂离子电池。该橄榄石结构正极材料包括基体以及包覆于基体表面的包覆层，使得该正极材料在充放电过程中具有优异的锂离子迁移率、电化学性能以及循环性能，并且相对于传统碳包覆正极材料，该正极材料具有优异的离子导电性，将该正极材料用于锂离子电池，能够显著改善锂离子电池的容量、倍率和循环性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种橄榄石结构正极材料，其特征在于，所述正极材料包括基体以及包覆于基体表面的包覆层；

所述基体具有式I所示的组成：

Li_1+a[(Fe_1-xMn_x)_1-bM_y]PO₄式I

其中，M选自La、Cr、Mo、Ca、Hf、Ti、Mn、Fe、Zn、Y、Zr、W、Nb、Sm、Co、Ni、V、Mg、Na、B和Al中的至少一种；-0.5≤a≤0.3，0≤b≤0.4，0≤x≤1，0y≤0.04；