[发明专利]一种磷酸锰铁锂正极材料及包括该材料的正极片和电池

说明书

本发明提供一种磷酸锰铁锂正极材料及包括该材料的正极片和电池。本发明的正极材料包括正极活性材料和复合在所述正极活性材料表面的包覆材料；所述正极材料的中值粒径D50为3μm～7μm；所述正极活性材料的化学式为LiFe_xMn_1‑xM_yN_zPO₄，其中M和N为共掺杂元素，0x≤0.6，0≤y≤0.02，0≤z≤0.02。本发明制备得到一定粒径的、且进一步的具有特殊核壳结构的磷酸锰铁锂正极材料，能够缓解电池在充放电时由于颗粒膨胀和收缩所产生的应力负载，从而达到提升倍率性能和循环性能的目的。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种磷酸锰铁锂正极材料及包括该材料的正极片和电池。

背景技术

电池作为绿色能源体系，具有高能量密度，长循环寿命，高安全性和环境友好等特点，在人类社会活动的领域得到广泛推广与应用；

正极材料作为电池的重要组成部分，与电池性能息息相关。磷酸锰铁锂正极材料是磷酸铁锂和磷酸锰锂复合而成的一种固溶体材料，具有高工作电压平台、高能量密度、成本低廉、热稳定性和化学稳定性好等特点，为目前主流研究正极材料之一。

相较于其他正极材料而言，磷酸锰铁锂具备较低的电子电导率(10^-12S/m)和扩散速率(10^-19m²/s)，倍率性能和低温性能短板显著，制约了其在动力电池行业的应用。

采用常规的共沉淀合成方法制备得到的正极材料为致密紧实的结构，后续与锂混合焙烧时，会出现锂无法进入内部，材料的均匀性和一致性较差，从而影响材料的电化学性能。现有技术中在制备过程中引入造孔剂和模板剂作为生长集体制备得到中空型材料，增加材料合成成本和工艺控制难度，材料的纯度较低，增加后续处理工序和生产成本。

发明内容

为克服上述背景技术中提到的不足与缺陷，本发明提供一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法和包括该材料的正极片和包括该正极片的电池，所述正极材料的中值粒径选择在一定范围，可以获得具备较优的倍率性能和循环性能的电池；进一步的，本发明的所述正极材料具有特殊核壳结构，所述正极材料的放电克高容量；包括该材料的电池具有优异的倍率性能和循环性能。

本发明提出的技术方案如下：

一种正极材料，所述正极材料包括正极活性材料和复合在所述正极活性材料表面的包覆材料；所述正极材料的中值粒径D50为3μm～7μm；

所述正极活性材料的化学式为LiFe_xMn_1-xM_yN_zPO₄，0x≤0.6，其中M和N为共掺杂元素，0≤y≤0.02，0≤z≤0.02。

根据本发明的实施方案，所述M选自铌(Nb)、镁(Mg)、钴(Co)、锌(Zn)、镍(Ni)或铜(Cu)中的至少一种，例如为铌(Nb)。

根据本发明的实施方案，所述N选自铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)或铈(Ce)中的至少一种，例如为钒(V)。

根据本发明的实施方案，0≤y+z≤0.04；具体的，0.0015≤y+z≤0.04，例如y+z为0.0015、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.02、0.03或0.04。

根据本发明的实施方案，所述M和N的摩尔比为(1～3):1。

根据本发明的实施方案，所述正极活性材料为二次球形颗粒，所述二次球形颗粒包括内核区域和外壳区域，所述外壳区域位于所述内核区域的外层；所述外壳区域具有团聚密实结构；所述内核区域具有团聚疏松结构。