正极材料及其制备方法与正极片和锂离子电池.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114976025A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210903036.5(22)申请日2022.07.29(71)申请人蜂巢能源科技股份有限公司地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人王亚州马赛张树涛李子郯王壮白艳杨红新(74)专利代理机构北京三聚阳光知识产权代理有限公司11250专利代理师周雷(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)H01M4/58(2010.01)H01M4/136(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书7页附图1页(54)发明名称正极材料及其制备方法与正极片和锂离子电池(57)摘要本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法与正极片和锂离子电池。发明提供的正极材料包括磷酸锰铁锂颗粒，所述磷酸锰铁锂颗粒的表面包覆有碳层，所述碳层中掺杂有氟。碳层中掺杂的氟能够与磷酸锰铁锂形成F‑Mn化学键，一方面F‑Mn化学键比Mn‑O化学键更稳定，能够有效抑制Mn3+的溶出，从而改善其循环性能，另一方面F‑Mn化学键的存在，增加了碳层与磷酸锰铁锂颗粒之间的结合力，使得碳层与磷酸锰铁锂颗粒之间包覆地更紧密，从而增加了磷酸锰铁锂材料的导电性。CN114976025ACN114976025A权利要求书1/1页1.一种正极材料，其特征在于，包括磷酸锰铁锂颗粒，所述磷酸锰铁锂颗粒的表面包覆有碳层，所述碳层中掺杂有氟；其中，所述磷酸锰铁锂颗粒与所述碳层的重量比为1：（0.007~0.02）；在所述碳层中，碳元素与氟元素的摩尔比为1：（1~1.5）。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料还包括石墨烯，所述磷酸锰铁锂颗粒沉积在所述石墨烯的表面，所述磷酸锰铁锂颗粒的未与所述石墨烯接触的表面包覆有所述碳层；所述磷酸锰铁锂颗粒与所述石墨烯的重量比为1：（0.001~0.003）。3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂颗粒的粒径为50nm~100nm。4.一种制备权利要求1～3中任一项所述的正极材料的方法，其特征在于，包括如下操作：（1）将磷酸锰铁盐与含氟有机试剂溶液混合，干燥，得中间品；（2）将所述中间品与锂源混合，于惰性气体气氛下烧结后自然冷却。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，含氟有机试剂选自四氟对苯二甲酸、三氟乙酸乙酯、三氟甲苯、苯三氟甲烷和氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，操作（2）中所述于惰性气体气氛下烧结，包括：于惰性气体气氛下，以1.5~2℃/min的升温速度升温至390~410℃，保温3~5h，然后以n的升温速度升温至620670℃，保温812h。1.5~2℃/mi~~7.根据权利要求4～6中任一项所述的方法，其特征在于，所述磷酸锰铁盐沉积在氧化石墨烯的表面，所述磷酸锰铁盐的制备过程包括：取二价锰源溶液和三价铁源溶液混合，加入氧化石墨烯溶液中，搅拌4~5h后，加入氧化剂和磷酸根源，调节pH至4～6，搅拌4~5h，固液分离，取固体，洗涤。8.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求1～3中任一项所述的正极材料。9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求8所述的正极片。2CN114976025A说明书1/7页正极材料及其制备方法与正极片和锂离子电池技术领域[0001]本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法与正极片和锂离子电池。背景技术[0002]随着电动汽车行业的快速发展，电动汽车用动力电池的相关性能也越来越受到业界的关注，其中锂离子电池以其工作电压高、比能量大、循环寿命长、污染小等优势而成为电动汽车用动力电池的首选。[0003]磷酸盐正极材料由于其在结构稳定性、成本效益和环境友好性等方面的优势，被逐渐运用到锂离子电池中。橄榄石结构的LiFePO4具有相对较高的理论容量（170mAh/g）、高安全性和低成本等优点，但是由于其工作电位较低（3.4Vvs.Li/Li+），限制了其在电动汽3+2+车中的使用；LiMnPO4相较LiFePO4具有更高的能量密度，其工作电位Mn/Mn（4.1Vvs.Li/+3+2+Li)相较Fe/Fe高约20%，但是，LiMnPO4是一种具有约2eV能带隙的绝缘体，并且不可避免地会出现John‑Teller效应，LiMnPO4/MnPO4在充电/放电过程中的界面为离子和电子传输制造了很大的动力学势垒，导致其电子电导率低，电化学性能更差。[0004]目前，可以在2.0～4.35V电压下工作的固溶体磷酸锰铁锂（LiFexMn1‑xPO4）被认为是一种很有前景的替代选择，其结合了LiFePO4相对较高的电子电导