[发明专利]一种磷酸盐系正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种磷酸盐系正极材料及其制备方法和锂离子电池，所述制备方法包括：(1)混合磷酸盐系正极材料的原料、第一碳源和溶剂，并经干燥、破碎和第一煅烧，得到一烧颗粒；(2)混合第二碳源和步骤(1)所述一烧颗粒，并经热处理，所述热处理的过程中第二碳源经升华并附着在所述一烧颗粒的表面，再经第二煅烧，得到所述磷酸盐系正极材料。本发明提供的磷酸盐系正极材料外表面包覆有致密的碳膜，形成锂离子电池后能够较好地隔离电解液和磷酸盐系正极材料，提高锂离子电池的高温性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种磷酸盐系正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、环境友好和使用寿命长等优势，已广泛应用在便携式能源、电动自行车、储能电源和电动汽车等领域。目前锂离子电池主要正极材料有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、锂金属磷酸盐系列和三元等。

但磷酸盐系正极材料的锂离子电池在满充电时，正极材料为脱锂态，过渡金属离子价态升高，氧化性增强，容易氧化电解液。负极石墨为嵌锂态，稳定性差，易与电解液发生反应，故电池在满电态储存时会发生性能劣化，高温条件下性能劣化尤其显著。

因此，需要开发新的磷酸盐系正极材料及其制备方法，改善其高温性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种磷酸盐系正极材料及其制备方法和锂离子电池，即提供了一种提升磷酸盐系锂离子电池高温储存性能的方法，通过加入易升华的第二碳源在正极材料颗粒的表面进行原位化学气相沉积形成致密的碳膜，实现了磷酸盐系正极材料与电解液的隔离，提高了高温性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种磷酸盐系正极材料的制备方法，所述制备方法包括：

(1)混合磷酸盐系正极材料的原料、第一碳源和溶剂，并经干燥、破碎和第一煅烧，得到一烧颗粒；

(2)混合第二碳源和步骤(1)所述一烧颗粒，并经热处理，所述热处理的过程中第二碳源经升华并附着在所述一烧颗粒的表面，再经第二煅烧，得到所述磷酸盐系正极材料。

本发明提供的磷酸盐系正极材料的制备方法通过在磷酸盐系正极材料的原料混合及形成前驱体的步骤(1)中加入第一碳源，具有碳热还原作用，将原料中Fe³⁺和或Mn³⁺还原为Fe²⁺和或Mn²⁺，同时第一碳源均匀分布于前驱体中，碳化后能够原位隔离正极材料颗粒，避免磷酸盐系正极材料颗粒团聚，起到抑制晶体颗粒变大的作用。然后再以固相的方式混合第二碳源和一烧颗粒，通过热处理使第二碳源原位升华以气相方式逸出至正极材料颗粒的表面，并附着在正极材料颗粒的表面，然后进行第二煅烧将附着在表面的第二碳源碳化形成致密的包覆膜，从而提高锂离子电池的高温性能。

优选地，步骤(1)中所述第一煅烧在氮气气氛下进行。

优选地，所述第一煅烧包括第一升温阶段和第一恒温阶段。

优选地，所述第一升温阶段的升温速率为3～9℃/min，例如可以是3℃/min、3.7℃/min、4.4℃/min、5℃/min、5.7℃/min、6.4℃/min、7℃/min、7.7℃/min、8.4℃/min或9℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述第一升温阶段的终温为400～700℃，例如可以是400℃、434℃、467℃、500℃、534℃、567℃、600℃、634℃、667℃或700℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。