[发明专利]一种双包覆型正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种双包覆型正极材料及其制备方法和应用，所述双包覆型正极材料包括含锰正极材料内核，以及依次包覆在所述内核表面的第一壳层和第二壳层；所述第一壳层为硼包覆层，所述第二壳层为碳包覆层。本发明以含锰正极材料为内核，以包覆在内核表面的硼包覆层为第一壳层，以包覆在第一壳层表面的碳包覆层为第二壳层，以此形成了双包覆型正极材料。硼包覆层作为第一壳层，不仅可以提高正极材料的导电性能和结构稳定性，而且在硼包覆层的作用下，碳包覆层和含锰正极材料内核之间的相互作用得到增强，使得碳包覆层实现均匀包覆，有效提高了双包覆型正极材料的导电性能，同时双包覆型正极材料在高倍率下可保持较高容量，具有优异的高倍率容量保持率。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种双包覆型正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着磷酸铁锂的能量密度已接近理论极限，磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂的进阶版本，受到了越来越多的关注。磷酸锰铁锂相对于磷酸铁锂多了“锰”元素，锰具有高电压的特点，在正极材料中引入锰可以提高电压，越高的电压代表越高的能量密度，磷酸锰铁锂的电压平台高达4.1V，远高于磷酸铁锂的3.4V，因此其在同等条件下的理论能量密度可以比磷酸铁锂高15％以上，具有很好的发展前景。然而，锰是一种导电性非常差的金属元素，因此磷酸锰铁锂的导电性相对于磷酸铁锂进一步降低，电子导电率仅10^-13S/cm。

一般通过碳包覆的方式来提高磷酸锰铁锂的导电性能，例如CN102738465B公开了一种磷酸锰铁锂正极复合材料的制备方法，通过将锂源、三价铁源、二氧化锰和碳源放入到球磨罐中，加适量的分散剂和络合剂，然后将球磨罐放在球磨机上以200-500r/min球磨4-6h；再将球磨后得到的混合物料烘干并再次研磨，得到LiMn_xFe_1-xPO₄前驱体；煅烧后即得到碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。然而因为磷酸锰铁锂的颗粒较小，仅三元正极材料的三分之一，比表面积大，表面结构复杂，与碳的亲和性太差，因此使用上述方式并不能得到均匀的碳包覆层，并且为了包覆完全，需要使用比例高达30wt％的碳源，如此导致克容量降低。

CN111900344B公开了一种碳包覆磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，首先将按Mn和Fe摩尔比配置过渡金属盐溶液A、磷溶液B和氨水溶液C同时滴加到反应釜中，制成磷酸锰铁锂正极材料前驱体；然后前驱体按照摩尔比配锂源，并加入包覆碳源和掺杂金属化合物，惰性气氛保护下煅烧得到碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。上述方式使用简单的固相包覆，难以在表面形成均匀的包覆层，且包覆层在循环过程中容易脱落。

CN109888205A公开了一种纳微球形碳包覆磷酸锰铁锂复合材料及制备方法、锂电池正极材料、锂电池，所述复合材料包括磷酸锰铁锂和包覆在所述磷酸锰铁锂外部的外碳层，所述磷酸锰铁锂的化学组成为LiMn_1-xFe_xPO₄，其中，0.1≤x≤1，所述复合材料的粒径D50为1至10μm，所述磷酸锰铁锂中碳元素的质量含量为1％至10％。该专利使用纳米球形的磷酸锰铁锂，难以在表面形成均匀的包覆层，反而会加剧包覆层在循环过程中脱落。

因此，如何提高正极材料内核与碳包覆层的亲和性，从而形成均匀的碳包覆层，使得正极材料的导电性能得到进一步提升，同时正极材料在高倍率下可保持较高容量，是亟待解决的技术问题

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双包覆型正极材料及其制备方法和应用。本发明以含锰正极材料为内核，以包覆在内核表面的硼包覆层为第一壳层，以包覆在第一壳层表面的碳包覆层为第二壳层，以此形成双包覆型正极材料。硼包覆层作为第一壳层，不仅可以提高正极材料的导电性能和结构稳定性，而且在硼包覆层的作用下，碳包覆层和含锰正极材料内核之间的相互作用得到增强，使得碳包覆层实现均匀包覆，有效提高了双包覆型正极材料的导电性能，同时双包覆型正极材料在高倍率下可保持较高容量，具有优异的高倍率容量保持率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：