[发明专利]一种正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种正极材料及其制备方法和锂离子电池，所述正极材料包括LiMPO4二次球颗粒，所述LiMPO4二次球颗粒由纳米片状的LiMPO4次级颗粒堆叠形成，所述至少部分纳米片状的LiMPO4次级颗粒为多层片状结构，其中，M选自Fe，或M选自Mn和Fe。将该正极材料应用于锂离子电池，能显著提高锂离子电池的首次充放电性能、循环性能、倍率性能以及低温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有电压高，能量密度大，循环性好，无记忆效应等优点被广泛应用，其中正极材料的价格在整个理离子电池成本中占有相当大的比重。目前，磷酸盐系列的正极材料，如磷酸铁锂、磷酸锰锂以及磷酸铁锰锂等，具有安全性能好、循环稳定性高和较高的理论容量，被公认为是安全、高性价比、长寿命、环保的正极材料，因而被广泛应用于新能源汽车领域。但随着新能源市场的不断拓宽，而一些特殊领域，诸如极寒地带动力电池、汽车启停电池等，对磷酸盐系列的正极材料的倍率充放电、低温放电性能又有更高的要求，因此制备优异的大功率充放电、低温放电性能材料，成为磷酸盐系材料应用、发展的新方向。

磷酸盐材料制备方法主要有两种，高温固相法和水热法。

高温固相法一般是以M源(如，铁源、锰源)、磷源和锂源在高温下，经碳热还原制备，固相法对M源形貌要求高，产品性能及形貌对原材料依赖过大，且对于制备纯相纳米级磷酸盐系材料，可控性难。水热法对于制备纳米级材料具有其独特的优势，而根据“Dominocascade”模型，由于纳米尺寸效应，当脱锂的相和晶界相形成以后，相的界面将会沿着a轴方向快速移动，此时锂离子的电荷存储变成一种电荷存储行为，因而将会对磷酸盐系材料的电化学起到改善作用，而当磷酸盐系材料的粒径降低到100nm以下时，锂离子的传输通道会显著增多，说明较小的颗粒有利于锂离子的传输，较大的颗粒，锂离子的传输通道更容易被缺陷阻碍。

因此，水热法是制备倍率型磷酸盐系材料优选方案。但是传统的水热合成法合成的磷酸盐系材料一般是一次高压反应合成，即在高压反应时，加入的物料只需要经过高压反应釜一次升温合成反应，在升温过程中，反应体系不会再发生改变，然而这种方法虽然简单可控，但由于水热法合成磷酸盐系材料的高温过程，其原理是将难溶的前驱体在高温高压下，各种物相会发生重新溶解再结晶反应，形成新的晶体结构。高压水热反应在高浓度下，不溶性前驱体可快速溶解解离出大量的自由离子并迅速形核，团聚长大，容易形成形貌和粒度分布不可控的二次大颗粒；而在低浓度下，高压反应供的自由离子相对较少，其形核数量会减少，晶核更会自由长成大颗粒晶体，不利于制备大倍率磷酸盐系材料。因此，在单一浓度下进行高压合成反应时，其形貌和粒度相对不太可控。

专利CN201110320504.8公开了一种磷酸盐系材料中磷酸铁锂的制备方法，该方法制备出了二维平面的平均粒径为0.2～1μm，平均厚度为50～90nm的颗粒，但其二次平均粒径团聚长成了12～28μm的大颗粒，这种材料虽然可能会有良好的电化学性能，但因平均粒径过大，在正极涂布时，极片厚度一般控制在60～100μm，锟压容易对大颗粒造成破碎，会出现掉料等缺陷，不利于加工。此外，当颗粒尺寸整体超过一定时，大颗粒之间容易形成较大的空隙不能得到填充，造成体积浪费，电池的体积能量密度下降。

发明内容

针对现有技术中磷酸盐系正极材料制备方法中存在的不足，本发明的目的首先在于提供一种正极材料，所述正极材料(待权利要求书确定后再补充)。