一种锂离子电池的复合正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池的复合正极材料，包括内层材料及包覆于所述内层材料的外层材料；所述内层材料为磷酸锰铁锂，所述外层材料为碳包覆的磷酸铁锂；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。本发明专利技术还提供一种锂离子电池的复合正极材料的制备方法。本发明专利技术提供的锂离子电池的复合正极材料及其制备方法，所制备的正极材料的倍率及循环性能优异，材料成本低且制备方法简单，具有较强的市场竞争优势。

A composite cathode material for lithium ion battery and its preparation method

The invention provides a composite cathode material for lithium ion battery, including the inner and outer material material is coated on the inner layer; the inner layer material for lithium manganese phosphate, the outer layer of material for lithium iron phosphate coated with carbon; the quality of the lithium iron phosphate and lithium iron manganese phosphate is 1% ~ 10%. The invention also provides a preparation method of a composite positive material for a lithium ion battery. The composite cathode material and the preparation method of the lithium ion battery provided by the invention are excellent in the rate and cycle performance of the cathode material, the material cost is low, and the preparation method is simple, so the prepared cathode material has strong market competitive advantages.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的复合正极材料及其制备方法
本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种锂离子电池的复合正极材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，新能源汽车受到世界各国的政策支持而快速发展，作为新能源汽车核心组成部件的锂离子动力电池也迎来了巨大的发展机遇。为了满足新能源汽车对高性能锂离子动力电池的要求，锂离子电池的正极材料必须具有高安全性、高能量密度、长循环使用寿命及具备大倍率充放电性能。磷酸锰铁锂正极材料(LiFe1-xMnxPO4，0<x<1)与磷酸铁锂材料的结构相似，为橄榄石结构，具有较好的安全性能，并且，磷酸锰铁锂正极材料以锰和铁为主体成分，不含有钴、镍等贵重金属元素，原材料成本较低且对环境友好，同时，磷酸锰铁锂正极材料具有较高的电压平台和克容量，能量密度较高。然而，磷酸锰铁锂正极材料自身的电子导电性较差，且在充放电过程中，容易受到电解液分解产生的氢氟酸腐蚀，破坏正极材料的晶体结构，导致磷酸锰铁锂正极材料的倍率和循环性能较差，抑制了磷酸锰铁锂正极材料的大规模应用。鉴于此，实有必要提供一种新型的锂离子电池的复合正极材料及其制备方法以克服以上缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高材料的电子导电性、提升倍率性能、延缓氢氟酸对材料的腐蚀速度、提高循环性能的锂离子电池的复合正极材料及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂离子电池的复合正极材料，包括内层材料及包覆于所述内层材料的外层材料；所述内层材料为磷酸锰铁锂，所述外层材料为碳包覆的磷酸铁锂；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。在一个优选实施方式中，所述碳包覆的磷酸铁锂的碳源为葡萄糖，所述葡萄糖的质量为所述磷酸铁锂的质量的1％～3％。本专利技术还提供一种锂离子电池的复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将十六烷基三甲基溴化铵溶解于去离子水中，并加入锂盐和磷酸盐，搅拌充分溶解，制得第一混合液；取锰盐、铁盐及抗坏血酸溶解于去离子水中，制得第二混合液；将第二混合液均匀滴加至第一混合液中，搅拌形成混合溶液；步骤二：将步骤一制得的混合溶液转移至密闭的水热反应釜中进行水热反应，将反应产物进行洗涤、真空干燥后研磨制得初级正极材料LiFe1-xMnxPO4，其中0<x<1；步骤三：取铁盐、磷酸盐、抗坏血酸及碳源加入至锂盐溶液中充分溶解，形成LiFePO4溶液；向LiFePO4溶液中加入步骤二制得的初级正极材料LiFe1-xMnxPO4，搅拌均匀后转移至密闭的水热反应釜中进行水热反应，将反应产物进行洗涤、真空干燥后研磨制得最终的复合正极材料LiFe1-xMnxPO4/LiFePO4-C，其中0<x<1；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。在一个优选实施方式中，所述步骤三中的碳源为葡萄糖，所述葡萄糖的质量为LiFePO4的质量的1％～3％。在一个优选实施方式中，所述步骤一中的锂盐、铁盐、锰盐及磷酸盐中的锂、铁、锰和磷元素的摩尔比1：1-x：x：1，其中0<x<1；所述步骤三中的锂盐、铁盐、及磷酸盐中的锂、铁、和磷元素的摩尔比1：1：1。在一个优选实施方式中，所述步骤一中加入的抗坏血酸的质量为步骤一中加入的铁盐质量的2％～5％；所述步骤三中加入的抗坏血酸的质量为步骤三中加入的铁盐质量的2％～5％。在一个优选实施方式中，所述步骤一中十六烷基三甲基溴化铵溶解于去离子水后的浓度为0.1～1mol/L；所述步骤一中第二混合液中锰离子及铁离子的浓度为0.1～2mol/L。在一个优选实施方式中，所述步骤一及步骤三中的锂盐为氢氧化锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、草酸锂中的至少一种；所述步骤一及步骤三中的铁盐为硫酸亚铁、草酸亚铁、氯化亚铁中的至少一种；所述步骤一及步骤三中的磷酸盐为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢锂中的至少一种。在一个优选实施方式中，所述步骤二中水热反应的反应温度为160～230℃，反应时间为12～24h；所述步骤二中的洗涤采用的是去离子水或无水乙醇，真空干燥温度为65～110℃，干燥时间为8～36h。在一个优选实施方式中，所述步骤三中水热反应的反应温度为150～250℃，反应时间为4～12h；所述步骤三中的洗涤采用的是去离子水或无水乙醇，真空干燥温度为85℃，干燥时间为12h，将干燥产物在氮气的气氛下进行650～800℃下热处理8～20h，冷却至室温后进行研磨。相比于现有技术，本专利技术提供的锂离子电池的复合正极材料及其制备方法，所制备的正极材料的倍率及循环性能优异，材料成本低且制备方法简单，具有较强的市场竞争优势。【附图说明】图1为本专利技术提供的锂离子电池的复合正极材料的结构示意图；图2a为本专利技术提供的对比例1所制备的初级正极材料LiFe0.2Mn0.8PO4的SEM图；图2b为本专利技术提供的实施例1所制备的复合正极材料LiFe0.2Mn0.8PO4/LiFePO4-C的SEM图；图2c为本专利技术提供的实施例1所制备的复合正极材料LiFe0.2Mn0.8PO4/LiFePO4-C的TEM图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。请参阅图1，本专利技术提供一种锂离子电池的复合正极材料100，包括内层材料10及包覆于所述内层材料10的外层材料20；所述内层材料10为磷酸锰铁锂，所述外层材料20为碳包覆的磷酸铁锂；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。具体的，所述碳包覆的磷酸铁锂的碳源为葡萄糖，所述葡萄糖的质量为所述磷酸铁锂的质量的1％～3％。本专利技术提供的锂离子电池的复合正极材料100，采用碳包覆的磷酸铁锂材料对磷酸锰铁锂进行包覆，增强了电子导电性，提高了倍率性能，并且，延缓了氢氟酸对材料的腐蚀速度，提高了循环性能。本专利技术还提供一种锂离子电池的复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将十六烷基三甲基溴化铵溶解于去离子水中，并加入锂盐和磷酸盐，搅拌充分溶解，制得第一混合液；取锰盐、铁盐及抗坏血酸溶解于去离子水中，制得第二混合液；将第二混合液均匀滴加至第一混合液中，搅拌形成混合溶液；步骤二：将步骤一制得的混合溶液转移至密闭的水热反应釜中进行水热反应，将反应产物进行洗涤、真空干燥后研磨制得初级正极材料LiFe1-xMnxPO4，其中0<x<1；步骤三：取铁盐、磷酸盐、抗坏血酸及碳源加入至锂盐溶液中充分溶解，形成LiFePO4溶液；向LiFePO4溶液中加入步骤二制得的初级正极材料LiFe1-xMnxPO4，搅拌均匀后转移至密闭的水热反应釜中进行水热反应，将反应产物进行洗涤、真空干燥后研磨制得最终的复合正极材料LiFe1-xMnxPO4/LiFePO4-C，其中0<x<1；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。需要说明的是，步骤一及步骤三中的磷酸盐可以替换为磷酸，能够理解的是磷酸及磷酸盐均可以起到提供磷酸根的作用，因此，本专利技术对磷酸盐或是磷酸不做限定。具体的，所述步骤三中的碳源为葡萄糖，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的复合正极材料，其特征在于：包括内层材料及包覆于所述内层材料的外层材料；所述内层材料为磷酸锰铁锂，所述外层材料为碳包覆的磷酸铁锂；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的复合正极材料，其特征在于：包括内层材料及包覆于所述内层材料的外层材料；所述内层材料为磷酸锰铁锂，所述外层材料为碳包覆的磷酸铁锂；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。2.如权利要求1所述的锂离子电池的复合正极材料，其特征在于：所述碳包覆的磷酸铁锂的碳源为葡萄糖，所述葡萄糖的质量为所述磷酸铁锂的质量的1％～3％。3.一种锂离子电池的复合正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：将十六烷基三甲基溴化铵溶解于去离子水中，并加入锂盐和磷酸盐，搅拌充分溶解，制得第一混合液；取锰盐、铁盐及抗坏血酸溶解于去离子水中，制得第二混合液；将第二混合液均匀滴加至第一混合液中，搅拌形成混合溶液；步骤二：将步骤一制得的混合溶液转移至密闭的水热反应釜中进行水热反应，将反应产物进行洗涤、真空干燥后研磨制得初级正极材料LiFe1-xMnxPO4，其中0<x<1；步骤三：取铁盐、磷酸盐、抗坏血酸及碳源加入至锂盐溶液中充分溶解，形成LiFePO4溶液；向LiFePO4溶液中加入步骤二制得的初级正极材料LiFe1-xMnxPO4，搅拌均匀后转移至密闭的水热反应釜中进行水热反应，将反应产物进行洗涤、真空干燥后研磨制得最终的复合正极材料LiFe1-xMnxPO4/LiFePO4-C，其中0<x<1；所述磷酸铁锂与磷酸锰铁锂的质量比为1％～10％。4.如权利要求3所述的锂离子电池的复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的碳源为葡萄糖，所述葡萄糖的质量为LiFePO4的质量的1％～3％。5.如权利要求4所述的锂离子电池的复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的锂盐、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘熙林，陈雪平，王慧玲，许辉，
申请(专利权)人：深圳市沃特玛电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44