[发明专利]正极活性材料及其制备方法和含有该正极活性材料的电池

说明书

本发明公开了一种正极活性材料及其制备方法和含有该正极活性材料的电池，该正极活性材料包括包括核心和包覆层，所述核心含有磷酸铁锂，所述包覆层含有偏磷酸锂和碳。采用本发明提供的正极活性材料可以降低正极活性材料的活化极化和恒压断充电比例，提高电池的放电效率，倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，本发明涉及一种正极活性材料及其制备方法，本发明还涉及一种含有该正极活性材料的锂离子电池。

背景技术

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。但随着磷酸铁锂电池不断的发展、应用，越来越越多的电池应用端，对磷酸铁锂材料性能提出新的要求，材料欧姆极化，充放电循环效率等性能也成为关注的热点，材料极化严重，应用于电池时，需要更高的充电电压，而放电时电压相对较低，会存在充放电较大的电势差，产生较多的能量浪费。此外，极化严重的材料，充电时恒压段比例较长，但恒压断充电是属于小电流（低倍率）充电，而在实际应用时，更多的是短时间的大倍率充电，因此恒压段太长，可能并不符合当今的应用现实 。因此制备优异的放电效率、高循环效率的材料，成为磷酸铁锂材料应用、发展的重要方向。

为了解决上述技术问题，本领域常见的现有技术如下：

现有技术公开的包覆方法公开在磷酸铁锂前驱体表面包覆可溶性锂盐，在制备过程中，有一部分会以磷酸锂的形式存在，但不可避免的会存在未与磷酸根结合的其它形式，这部分锂源在脱水、脱碳后基本是以氧化锂形式存在，而氧化锂作为强吸水性碱性物质，对正极材料的影响和制备出的电池中的副反应可想而知，不仅会影响电池的容量问题，甚至有安全方面的风险。

因此，研究开发具有更为完全且均匀包覆结构的正极活性材料体系具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的核壳结构磷酸铁锂正极活性材料至少一个技术问题，本申请提供一种包覆完全且均匀的正极活性材料能够改善电池的首次充放电效率和循环性能。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种正极活性材料，该正极活性材料包括核心和包覆层，所述核心含有磷酸铁锂，所述包覆层含有偏磷酸锂和碳。

根据本发明的第二个方面，本发明提供一种正极活性材料的制备方法，步骤包括用去离子水溶解磷酸二氢锂，得到磷酸二氢锂溶液；将碳源和磷酸铁锂加入到磷酸二氢锂溶液中，混合得到磷酸铁锂、磷酸二氢锂和碳源的固液混合物；固液混合物经干燥，惰性气体保护下烧结，得到偏磷酸锂和碳复合材料包覆的磷酸铁锂。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的隔膜或固态电解质层，其中，所述正极含有的正极活性材料为本发明第一个方面所述的正极活性材料。

发明人在研究中发现，采用本申请提供的正极活性材料可明显改善电池的充放电效率、循环性能和倍率性能。分析其原因在于：将偏磷酸锂和碳源复合材料包覆在磷酸铁锂的表面，即，将分解反应得到偏磷酸锂与碳源均匀混合，偏磷酸锂在碳源中进行扩散形成导电网，将制备的正极活性材料应用在电池中，缩短了首次充放电过程中锂离子由晶格内部向外部扩散的时间，增加了电池正极中锂源与电解液的接触，直接降低了正极活性材料的活化极化，改善了电池的首次充放电效率和循环性能，尤其恒压充电比例明显下降至1%以下。

附图说明

图1是实施例1样品X射线衍射曲线；

图2是对比例1样品 X射线衍射曲线；

图3是实施例1样品SEM扫描电镜 10万倍原始图；

图4是实施例1样品SEM扫描电镜smile-View软件测试 10万倍图；具体实施方式