一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113078311A(43)申请公布日2021.07.06(21)申请号202110345659.0H01M4/62(2006.01)(22)申请日2021.03.31H01M10/0525(2010.01)(71)申请人中国人民解放军军事科学院防化研究院地址100191北京市海淀区花园北路35号西楼(72)发明人王跃邱景义明海张文峰向宇李萌张松通祝夏雨(74)专利代理机构中国人民解放军防化研究院专利服务中心11046代理人刘永盛杨光(51)Int.Cl.H01M4/505(2010.01)H01M4/525(2010.01)H01M4/58(2010.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法(57)摘要本发明公开了一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将可溶性锂源、钴源、锰源、铁源和柠檬酸按比例溶于去离子水中，形成溶液S1，将可溶性磷酸盐溶于去离子水中，形成溶液S2；(2)将溶液S2加入溶液S1中，得到溶液S3；(3)将溶液S3持续搅拌加热，去除水分，得到湿凝胶，干燥后，得到干凝胶；(4)将干凝胶置于烧结炉内，通入空气，低温热处理，得到前驱体；(5)将前驱体置于烧结炉内，高温热处理，得到碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料。该方法对磷酸钴锂材料进行碳原位包覆的同时，实现Fe2+和Mn2+离子掺杂改性，不仅提高了电极/电解液的界面稳定性，而且改善了电极材料的离子迁移率。CN113078311ACN113078311A权利要求书1/1页1.一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法，其特征在于，该正极材料制备方法步骤如下：步骤一、制备含锂盐、钴盐、锰盐、铁盐的溶液S1和磷酸盐溶液S2将锂盐、钴盐、锰盐、铁盐和柠檬酸溶于去离子水中，锂盐为乙酸锂或硝酸锂，钴盐为乙酸钴或硝酸钴，锰盐为乙酸锰或硝酸锰，铁盐为乙酸铁或硝酸铁，柠檬酸物质的量≥钴盐、锰盐和铁盐物质的量之和：锂盐物质的量＝1.05～1.1×钴盐、锰盐和铁盐物质的量之和形成溶液S1；将磷酸盐溶于去离子水中，磷酸盐为磷酸铵、磷酸氢铵或磷酸二氢铵；磷酸盐物质的量＝钴盐、锰盐和铁盐物质的量之和，形成溶液S2；步骤二、将磷酸盐溶液S2加入溶液S1中，得到溶液S3；步骤三、制备湿凝胶、干凝胶将溶液S3于60～90℃加热，得到湿凝胶，将湿凝胶于100～150℃干燥，得到干凝胶；步骤四、制备前驱体将干凝胶置于烧结炉内，在空气气氛下，300～500℃热处理1～10h，得到前驱体；步骤五、制备原位碳包覆磷酸钴锰铁锂正极材料将前驱体置于烧结炉内，在氮气或氩气气氛下，经500～1000℃热处理1～24h，得到原位碳包覆磷酸钴锰铁锂正极材料，化学式为C@LiCoxMnyFezPO4，0≤x，y，z≤1，0≤x+y+z≤1。2.根据权利要求1所述的一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法，其特征在于，步骤五中，碳包覆层厚度为1～100nm。3.根据权利要求1所述的一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法，其特征在于，所得的碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料。2CN113078311A说明书1/3页一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种碳原位包覆磷酸钴锰铁锂正极材料制备方法，属于锂离子电池原材料技术领域。背景技术[0002]锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、安全性能高、工作温度范围宽、循环寿命长等优点，已在日常生活中广泛应用。[0003]锂离子电池的性能发挥主要受制于正极材料的性能，自1997年Goodenough等首次报道橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料以来，磷酸铁锂正极材料便以其高安全性和循环性好等一系列优点，已在电动汽车和大规模储能等领域中得到广泛的应用。但随着移动电子设备对长待机时间和安全性的需求，对锂离子电池提出了更高的要求：高的安全性和高的能量密度。磷酸钴锂正极材料具有与磷酸铁锂正极材料相同的橄榄石结构，两者理论比容量一致，约为167mAhg‑1，但磷酸钴锂正极材料电压平台高达4.8Vvs.Li+/Li，理论能量密度约为800Whkg‑1，高出磷酸铁锂正极材料的能量密度580Whkg‑1近40％，高出钴酸锂正极材料的能量密度600Whkg‑1近30％以上，且兼具高安全性和高比能量密度的优点，因此特别适用个人移动电子设备技术领域。[0004]磷酸钴锂正极材料的大规模推广应用主要面临三个问题：①自身低的锂离子迁移率和电导率；②在5V高压下造成电解液的持续氧化分解，导致固/液界面的不稳定；③电解液中HF对磷酸钴锂材料的侵蚀，引起磷酸钴锂材料的分解。三者共同作用，造成充放电过程中磷酸钴锂电池容量快速衰减，