[发明专利]一种磷酸锰铁锂复合材料及包括其的正极片、电池

说明书

本发明提供一种磷酸锰铁锂复合材料，其包括内核和包覆内核的包覆层，内核包括磷酸锰铁锂系材料，包覆层包括碳材料和固态电解质；磷酸锰铁锂系材料的化学组成通式为化学式LiMnsubgt;(1‑x‑y)/subgt;Fesubgt;x/subgt;Msubgt;y/subgt;POsubgt;4/subgt;，其中，M为金属元素，金属包括Ti元素、Zr元素、Al元素、K元素、Mg元素中的至少一种，0.2≤1‑x‑y≤0.8，0.2≤x≤0.8，y≤0.1。包覆层的设置能够减少磷酸锰铁锂复合材料在作为正极活性材料应用时的不可逆消耗，避免循环后期材料形变过大破碎粉化，从而提高正极活性材料的循环特性。此外，包覆层还能够使得本发明所提供的磷酸锰铁同时兼具优良的导电性和导离子性，呈现出高倍率特性。

技术领域

本发明属于电极活性材料领域，具体地，涉及一种磷酸锰铁锂复合材料及包括其的正极片、电池。

背景技术

橄榄石结构的锂过渡金属磷酸盐磷酸锰铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜、使用寿命长、工作电压高等优点，有望成为是下一代锂离子电池正极材料的主流。然而磷酸锰铁锂材料导电性和导离子性较差，且部分锰离子易发生歧化反应溶解在电解液中，导致材料循环性能变差，对磷酸锰铁锂材料的电化学性能的发挥产生严重影响，阻碍了其进一步的大规模应用。

发明内容

本发明提供一种磷酸锰铁锂复合材料及包括其的正极片、电池，以同时提高磷酸锰铁锂系正极材料的倍率性能和循环性能。

根据本发明的一个方面，提供一种磷酸锰铁锂复合材料，其包括内核和包覆内核的包覆层，内核包括磷酸锰铁锂系材料，包覆层包括碳材料和固态电解质；磷酸锰铁锂系材料的化学组成通式为化学式LiMn_(1-x-y)Fe_xM_yPO₄，其中，M为金属元素，金属包括Ti元素、Zr元素、Al元素、K元素、Mg元素中的至少一种，0.2≤1-x-y≤0.8，0.2≤x≤0.8，y≤0.1。

在本发明提供的磷酸锰铁锂复合材料中，其包覆层作为内核的磷酸锰铁锂系材料与外界环境的间隔，在该磷酸锰铁锂复合材料作为正极活性材料应用于的电池产品中，包覆层的设置直接有效地减少了磷酸锰铁锂系材料与电解液发生副反应的概率，特别地，包覆层中的固态电解质能够通过抑制磷酸锰铁锂中锰元素的溶出而有效提高磷酸锰铁锂系材料的材料结构稳定性，上述措施都能够减少本发明提供的磷酸锰铁锂复合材料在作为正极活性材料应用时的不可逆消耗，避免循环后期材料形变过大破碎粉化，从而提高正极活性材料的循环特性。而碳材料和固态电解质的相互配合，一方面，能够降低磷酸锰铁锂系材料的电荷转移电阻，有利于电子的快速传输，另一方面，能够有效降低锂离子在磷酸锰铁锂系材料与电解液之间传输的固-液界面迁移阻力，使锂离子能够在磷酸锰铁锂系材料与电解液之间高效扩散，综合上述两个方面，使得本发明所提供的磷酸锰铁同时兼具优良的导电性和导离子性，呈现出高倍率特性。

优选地，内核和包覆层之间至少部分接触。由此，内核和包覆层之间能够形成良好的导电子和导离子通路，提升材料性能。

优选地，固态电解质包括石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、LISICON型固态电解质、NASICON型电解质中的至少一种。

优选地，固态电解质为NASICON型电解质。

优选地，NASICON型电解质包括包括Li1+xAl₃Ge_2-x(PO₄)₃(LAGP)、Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃(LATP)中的至少一种。