[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。该正极材料为LMP/PEG‑PTh复合材料，LMP/PEG‑PTh复合材料中PTh的质量百分比为1‑15％。其制备方法为：以LMP材料为核，在LMP核表面附着PEG，得到LMP/PEG复合材料；再在LMP/PEG复合材料表面沉积导电聚合物PTh，得到PTh/PEG‑PTh复合材料。本发明PEG不仅可以在LMP表面形成包覆层，抑制锰的溶解，而且是一种良好的固态聚合物电解质基体，可以促进锂离子的传输。而PTh包覆层具有较高电导率，可以降低LMP界面间的电荷转移电阻，提高锂离子和电子的表面迁移速率，进而改善了电极的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及锂离子电池正极材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用。

背景技术

动力锂离子电池具有寿命长、能量密度大和电压平台高等优点，是新能源产业发展的一个重要方向。目前，锂离子常用的正极材料主要是锂过渡金属氧化物，包括LiCoO₂、LiNi₁/₃Co_l/₃Mn₁/3O₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄以及聚阴离子类正极材料如橄榄石结构的LiFePO₄。

LiMnPO₄(LMP)也属于橄榄石型结构，正交晶系，它的特殊结构使其具有优异的热力学和动力学稳定性。作为正极材料时具有4.1V的高电位，处于现有电解液的稳定电化学窗口，理论比容量为171mAh/g。由于其比LiFePO₄电位高0.7V，据相似的放电比容量和压实密度测算，LMP电池的能量密度较LiFePO₄提高约20％，且原料来源广泛，具有广阔的发展前景。但是LMP材料也有其自身的缺陷，其中最大的问题是电子导电性和离子迁移率低。还有一个问题就是与锰酸锂一样存在锰溶解的问题，LMP与电解液接触，锰离子易溶解在电解液中，导致LMP结构坍塌，容量衰减快，其倍率性能和循环性能不理想。

现有技术中提高LMP材料导电性的一个常用的方法是进行碳包覆，如中国发明专利(公开号：CN102412398A)通过采用过渡金属化合物作为催化剂和掺杂元素对热解的碳氢气体进行催化，制备原位碳纳米管复合的磷酸锰锂材料，得到电导率高的碳纳米管/LMP复合材料。该技术存在的问题是碳颗粒与LMP颗粒之间有间隙，颗粒之间比较松散，且LMP与碳容易脱离，导致碳的导电性发挥不佳。现有技术中为了抑制LMP材料中锰的溶解，可以对其包覆另一种材料，防止其LMP与电解液直接接触，如中国发明专利(公开号：CN103794789A)制备了一种锂离子电池磷酸亚铁锰锂核壳正极材料，其中核层为磷酸锰锂，壳层为磷酸铁锂，该复合材料电化学性能得到很大改善。但是进行磷酸铁锂包覆，材料的导电性没有得到很大改善。

因而，研究者们开始把目光转向了导电聚合物。导电聚合物制备容易、导电性强，且具有电化学活性，将无机材料与导电聚合物进行复合制备复合材料的研究成为了新热点。如中国发明专利(公开号：CN104956523A)公开了一种导电聚合物在电池组电极中的用途，并具体公开了一种阴极即正极浆料组合物的制备方法，组合物中包括a)导电聚合物配合物PEDOT/PSS，b)至少一种锂离子化合物，优选LiFePO₄，c)至少一种溶剂的组合物。PEDOT/PSS具有较高的导电性，在阴极中作导电剂。但是PEDOT/PSS以颗粒形式存在，如果锂离子化学物为LMP则不能对其进行很好的包覆。又如中国发明专利(公开号：CN103606678A)公开了一种锂离子电池正极材料磷酸锰锂-导电多聚物的制备方法，具体为：制备纯相磷酸锰锂，再将其与有机碳源化合物球磨混合，然后采用低温热处理得到磷酸锰锂-导电多聚物。但是，由于该专利中导电聚合物需要进行热处理，提高了能耗需求及生产成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提出了一种具有良好倍率性能和循环性能的锂离子电池正极材料。