[发明专利]一种正极材料和锂离子电池

说明书

本发明提供一种正极材料和锂离子电池。本发明第一方面提供一种正极材料，包括磷酸锰铁锂和包覆在所述磷酸锰铁锂表面的碳包覆层，正极材料包括020晶面、121晶面和131晶面，020晶面的晶粒尺寸为D(020)、121晶面的晶粒尺寸为D(121)，131晶面的晶粒尺寸为D(131)；α＝D(020)/D(121)+D(131)/D(020)，1.5≤α≤2.5。本发明通过控制正极材料的α值在1.5‑2.5之间，能有效提高正极材料的电子电导率和锂离子电导率，提高正极材料的动力学性能，提高锂离子电池的倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种正极材料和锂离子电池，涉及二次电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代发展起来的一种新型二次储能电池。锂离子电池因其能量密度高，对环境无污染等优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车等领域。

锂离子电池主要依靠锂离子在正极材料和负极材料之间的移动来工作，因此，正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，决定了锂离子电池的性能；目前，常见的正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、层状氧化物锰锂、磷酸锰铁锂和磷酸铁锂，其中，由于钴和镍的资源有限，开采和合成应用过程存在环境污染问题，而锰、磷的来源广泛、价格便宜、对环境友好，适合大规模开发使用。

然而，锰酸锂的容量偏低，温度适应性差，不适合在电动汽车领域使用；层状氧化物锰锂的理论容量较高，但由于脱锂后向尖晶石结构转变，晶型结构的反复变化极易引起体积膨胀和收缩，循环稳定性能较差；磷酸铁锂具有稳定的结构，较高的比容量，但其较低的电压平台导致锂离子电池的能量密度偏低，且低温性能较差，难以应用于高纬度地区；磷酸锰铁锂不仅具有磷酸铁锂的优点，还具有更高的电压平台(4.1V)，可以提供更高的能量密度，具有更为广阔的应用前景，但其电子电导率和锂离子电导率较低，因此，如何提高磷酸锰铁锂的电子电导率和锂离子电导率，提高锂离子电池的倍率性能，受到了本领域技术人员的持续关注。

发明内容

本发明提供一种正极材料，用于提高磷酸锰铁锂的电子电导率和锂离子电导率，提高锂离子电池的倍率性能。

本发明还提供一种包括上述正极材料的锂离子电池。

本发明第一方面提供一种正极材料，所述正极材料包括磷酸锰铁锂和包覆在所述磷酸锰铁锂表面的碳包覆层；

所述正极材料包括020晶面、121晶面和131晶面，所述020晶面的晶粒尺寸为D(020)，所述121晶面的晶粒尺寸为D(121)，所述131晶面的晶粒尺寸为D(131)；

α＝D(020)/D(121)+D(131)/D(020)，1.5≤α≤2.5。

本发明提供一种正极材料，包括磷酸锰铁锂和包覆在所述磷酸锰铁锂表面的碳包覆层，碳包覆层有助于提高磷酸锰铁锂的电子电导率并缓冲其在锂离子电池充放电过程中的体积变化；此外，本发明通过调控不同晶面尺寸的生长比例，有效提高了正极材料的动力学性能，具体的，所述正极材料包括020晶面、121晶面和131晶面，且020晶面的晶粒尺寸为D(020)，121晶面的晶粒尺寸为D(121)，所述131晶面的晶粒尺寸为D(131)，D(020)/D(121)+D(131)/D(020)的计算值为α，1.5≤α≤2.5，正极材料的晶面以及晶粒尺寸可采用X射线衍射(XRD)检测得到，例如，将正极材料进行X射线衍射(XRD)实验，可以观察到其具有020晶面、121晶面和131晶面，随后，将衍射结果基于标准PDF卡片77-0178进行精修，即可读取不同晶面的晶粒尺寸；当α值≤2.5时，既保证了相对较短的锂离子扩散路径，使得锂离子的嵌入脱出更加容易，又保证了磷酸锰铁锂易于包覆，使碳包覆层更加均匀一致，从而提高了磷酸锰铁锂的电子电导率和锂离子电导率；而当α值＜1.5时，则不利于提高正极极片的压实密度，影响锂离子电池的能量密度，因此，本发明提供的正极材料的α在1.5-2.5之间，能有效提高正极材料的电子电导率和锂离子电导率，提高正极材料的动力学性能，提高锂离子电池的倍率性能。