正极材料及其制备方法、正极和锂离子电池技术

一种正极材料，包括基料及包覆在基料上的包覆层，基料选自三元材料、锰酸锂、钴酸锂及镍锰酸锂中的一种，包覆层的材料包括导电剂和碳包覆的磷酸锰铁锂，导电剂为碳类材料，磷酸锰铁锂的通式为LiMn(1‑x)FexPO4，0≤x

Cathode materials, preparation methods, cathode and lithium-ion batteries

A cathode material includes a base material and a coating layer on the base material. The base material is selected from one of ternary materials, lithium manganate, lithium cobalt oxide and lithium nickel manganate. The coating material includes conductive agent and carbon-coated lithium ferromanganese phosphate. The conductive agent is carbon material. The general formula of lithium ferromanganese phosphate is LiMn(1 x)FexPO4, 0 < X.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极材料及其制备方法、正极和锂离子电池
本专利技术涉及一种锂离子电池
，特别涉及一种正极材料及其制备方法、正极和锂离子电池。
技术介绍
三元材料由于具有高的能量密度，被大量应用于电动汽车电池的正极材料，同时随着电动汽车对能量密度要求的不断提高，所使用的三元材料也由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2向LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2转变，甚至许多三元材料企业已经开始开发LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNiO2、NCA等高镍材料。随着三元材料中镍元素含量的不断提高，三元材料的比容量也有大幅的上升，但是同时也造成了两个直接的影响：1)镍元素含量提高后三元材料的热稳定温度不断降低，由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的300℃降低至LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的240℃，甚至更低，为电池的应用带来的安全隐患；2)高镍三元材料的表面会吸收水分发生变质，造成材料与电池循环性能的降低。由于磷酸锰铁锂材料热稳定性高，因此，目前将使用磷酸锰铁锂与三元材料混合作为正极活性材料，用于提高锂离子电池的安全性能，然而由于两者材料密度不同，在涂布电极过程中会出现分层现象；同时磷酸锰铁锂一次颗粒小、比表面积大，与三元材料混合使用时造成混合材料振实密度低于纯三元材料，造成了锂离子电池能量密度降低；最后磷酸锰铁锂材料混合使用时无法对三元材料进行良好的表面包覆，致使锂离子电池的安全性能的改善效果并不理想，且对于锂离子电池的循环性能效果改善也并不明显，并且还会造成正极材料的克容量与倍率性能会发挥不良。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种热稳定性能较好、循环性能较好且振实密度高的正极材料。此外，还提供一种正极材料的制备方法、正极及锂离子电池。一种正极材料，包括基料及包覆在所述基料上的包覆层，所述基料选自三元材料、锰酸锂、钴酸锂及镍锰酸锂中的一种，所述包覆层的材料包括导电剂和碳包覆的磷酸锰铁锂，所述导电剂为碳类材料，所述磷酸锰铁锂的通式为LiMn(1-x)FexPO4，0≤x<1；将所述基料的质量记作A，将所述碳包覆的磷酸锰铁锂的质量记作B，将所述导电剂的质量记作D，B:A＝1:99～40:60，D:B≤20:100，所述碳包覆的磷酸锰铁锂中的碳的质量百分含量为2％～15％。一种正极材料的制备方法，包括如下步骤：将碳包覆的磷酸锰铁锂、基料和导电剂进行机械融合，以使所述导电剂和所述碳包覆的磷酸锰铁锂包覆在所述基料上，得到正极材料，所述基料选自三元材料、锰酸锂、钴酸锂及镍锰酸锂中的一种，所述导电剂为碳类材料，所述磷酸锰铁锂的通式为LiMn(1-x)FexPO4，0≤x<1，将所述基料的质量记作A，所述碳包覆的磷酸锰铁锂的质量记作B，所述导电剂的质量记作D，B:A＝1:99～40:60，D:B≤20:100，所述碳包覆的磷酸锰铁锂中的碳的质量百分含量为2％～15％。一种正极，由上述任一种所述正极材料或上述任一种所述的正极材料的制备方法制备得到的正极材料制备得到。一种锂离子电池，包括上述正极。本专利技术的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本专利技术的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。图1为一实施方式的正极材料的制备方法的流程图；图2为另一实施方式的正极材料的制备方法的流程图；图3a为实施例1的正极材料的扫描电镜图片；图3b为图3a的局部放大图；图4a为对比例1的正极材料的扫描电镜图片；图4b为图4a的局部放大图；图5a为正极片1的冷场扫描电镜图片；图5b为图5a的局部放大图；图6a为正极片2的冷场扫描电镜图片；图6b为图6a的局部放大图；图7为软包电池1(图中记作软包1)和软包电池2(图中记作软包2)的首次充放电曲线图；图8为软包电池1(图中记作软包1)和软包电池2(图中记作软包2)的1C循环曲线图；图9a为实施例2的正极材料的扫描电镜图片；图9b为图9a的局部放大图；图10a为对比例2的正极材料的扫描电镜图片；图10b为图10a的局部放大图；图11a为正极片3的冷场扫描电镜图片；图11b为图11a的局部放大图；图12a为正极片4的冷场扫描电镜图片；图12b为图12a的局部放大图；图13为软包电池3(图中记作软包3)和软包电池4(图中记作软包4)的首次充放电曲线图；图14为软包电池3(图中记作软包3)和软包电池4(图中记作软包4)的1C循环曲线图；图15a为实施例3的正极材料的扫描电镜图片；图15b为图15a的局部放大图；图16为软包电池5(图中记作软包5)和软包电池6(图中记作软包6)的首次充放电曲线图；图17为软包电池5(图中记作软包5)和软包电池6(图中记作软包6)的1C循环曲线图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。一实施方式的正极材料，为一种正极活性材料，能够与正极导电剂、正极溶剂以及正极粘结剂共同制成正极浆料。该正极材料能够实现高镍三元材料的安全性问题。该正极材料包括基料及包覆在基料上的包覆层。其中，基料选自三元材料、锰酸锂、钴酸锂及镍锰酸锂中的一种。具体地，三元材料选自镍钴锰三元材料或镍钴铝酸锂。镍钴锰三元材料的通式为LiNi1-y-zCoyMnzO2，0<y<1，0<z<1，y+z<1。具体地，镍钴锰三元材料中，镍元素、钴元素及锰元素的化学计量比为1:1:1～9:0.5:0.5。进一步地，镍钴锰三元材料中，镍元素、钴元素及锰元素的化学计量比为5:2:3；或者，镍元素、钴元素及锰元素的化学计量比为6:2:2；或者，镍元素、钴元素及锰元素的化学计量比为7:1.5:1.5；或者，镍元素、钴元素及锰元素的化学计量比为8:1:1。镍钴铝酸锂的化学通式为LiNiaCobAlcO2，a≥0.8，b>0，c>0，a+b+c＝1。镍钴铝酸锂为高镍三元材料。进一步地，a:b:c＝8:1.5:0.5。锰酸锂的化学式为LiMn2O4。钴酸锂的化学式为LiCoO2。镍锰酸锂为尖晶石型，化学式为LiNi1.5Mn0.5O4。其中，基料的中位粒径为3微米～15微米。进一步地，当基料为单晶三元材料时，中位粒径为3μm～4μm；当基料为多晶三元材料时，中位粒径为10μm～12μm；当基料为锰酸锂时，基料的中位粒径为13μm～15μm。包覆层的厚度为30纳米～1000纳米。该厚度能够保证基料与电解液的适当接触，保证正极材料的克容量和倍率性能，如果包覆层的厚度过大，会影响基料与电解液的接触，而影响到正极材料的克容量和倍率性能，从而影响到电池的能量密度。其中，包覆层的材料包括碳包覆的磷酸锰铁锂和导电剂。磷酸锰铁锂的通式为LiMn(1-x)FexPO4，0≤x<1。进一步地，0<x≤0.5。通常，基料的充电截止电压在4.2V及以上，磷酸锰铁锂在充放电过程中具有两个平台(Fe2+/Fe3+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料，包括基料及包覆在所述基料上的包覆层，所述基料选自三元材料、锰酸锂、钴酸锂及镍锰酸锂中的一种，所述包覆层的材料包括导电剂和碳包覆的磷酸锰铁锂，所述导电剂为碳类材料，所述磷酸锰铁锂的通式为LiMn(1‑x)FexPO4，0≤x<1；将所述基料的质量记作A，所述碳包覆的磷酸锰铁锂的质量记作B，所述导电剂的质量记作D，B:A＝1:99～40:60，D:B≤20:100，所述碳包覆的磷酸锰铁锂中的碳的质量百分含量为2％～15％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.08.18 CN 20171071140261.一种正极材料，包括基料及包覆在所述基料上的包覆层，所述基料选自三元材料、锰酸锂、钴酸锂及镍锰酸锂中的一种，所述包覆层的材料包括导电剂和碳包覆的磷酸锰铁锂，所述导电剂为碳类材料，所述磷酸锰铁锂的通式为LiMn(1-x)FexPO4，0≤x<1；将所述基料的质量记作A，所述碳包覆的磷酸锰铁锂的质量记作B，所述导电剂的质量记作D，B:A＝1:99～40:60，D:B≤20:100，所述碳包覆的磷酸锰铁锂中的碳的质量百分含量为2％～15％。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，将所述碳包覆的磷酸锰铁锂中的碳的质量和所述导电剂的质量之和记作E，E:B＝5:100～35:100。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，0<x≤0.5。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，1:99≤B:A＜10:90，或者，所述B:A＝20:80，或者，所述B:A＝40:60。5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述三元材料为镍钴锰三元材料或镍钴铝酸锂。6.根据权利要求5所述的正极材料，其特征在于，所述镍钴锰三元材料中，镍元素、钴元素及锰元素的化学计量比为1:1:1～9:0.5:0.5。7.根据权利要求6所述的正极材料，其特征在于，所述镍钴锰三元材料中，所述镍元素、所述钴元素及所述锰元素的化学计量比为5:2:3，或者，所述镍元素、所述钴元素及所述锰元素的化学计量比为6:2:2，或者，所述镍元素、所述钴元素及所述锰元素的化学计量比为7:1.5:1.5，或者，所述镍元素、所述钴元素及所述锰元素的化学计量比为8:1:1。8.根据权利要求5所述的正极材料，其特征在于，所述三元材料为镍钴铝酸锂，化学通式为LiNiaCobAlcO2，a≥0.8，b>0，c>0，a+b+c＝1。9.根据权利要求1项所述的正极材料，其特征在于，所述导电剂选自碳纳米管、科琴黑、乙炔黑、导电炭黑、石墨烯及导电石墨中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢威，李伟红，陈立桅，
申请(专利权)人：宁波致良新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33