[发明专利]碳包覆正极材料及其制备方法

说明书

一种碳包覆正极材料及其制备方法。碳包覆正极材料包括磷酸金属锂粒子以及碳包覆层。碳包覆层包覆磷酸金属锂粒子。碳包覆层由第一热处理以及第二热处理形成。第一热处理中加入第一碳源，第二热处理中加入第二碳源。第一碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比不大于第二碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比。

技术领域

本发明关于一种正极材料及其制备方法，尤指一种透过碳包覆制程提升二次电池放电性能的正极材料及其制备方法。

背景技术

在电子产品的蓬勃发展的今日，对于可携且可重复利用的二次电池的需求与日俱增。而在现有二次电池种类中，锂离子二次电池具有高能量密度、重量轻、循环充放特性良好以及无记忆效应等特性，较具发展潜力。

作为锂离子二次电池的正极材料，具橄榄石结构的磷酸金属锂材料(Lithiummetal phosphate,LMP)具有结构稳定性高、循环寿命佳及安全性高等优点。然而，橄榄石结构亦导致磷酸金属锂材料具有电子导电度以及锂离子扩散系数较低的缺点，使锂离子二次电池于大电流充放电时容易产生电极极化，对电池性能表现造成不良影响。

有鉴于此，实有必要提供一种透过碳包覆制程提升二次电池放电性能的正极材料及其制备方法，以解决现有技术的缺失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳包覆正极材料及其制备方法。碳包覆正极材料包括磷酸金属锂粒子以及碳包覆层，且碳包覆层包覆磷酸金属锂粒子。碳包覆层例如透过前后两次的热处理而形成，且于两次热处理中皆分别添加例如为醣类的碳源。第一次热处理中加入的第一碳源于磷酸金属锂粒子表面形成第一碳包覆层，使第二次热处理中加入的第二碳源透过同物质之间的凝聚力而较易附着于粒子表面，进而形成均匀的碳包覆层。此外，第一碳源的重量更例如不大于第二碳源的重量。第一碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比例如不大于0.5wt％，第二碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比例如介于0.4wt％至2wt％之间。通过于第一次热处理中加入较少的碳，可形成利于后续添加的第二碳源附着的点状结构的第一碳包覆层，且经由扫描式电子显微镜或穿透式电子显微镜检测分析得知，点状结构中每一碳点的中值粒径介于10nm至50nm之间。此外，通过控制添加的碳量，更防止了因碳的过量添加而导致锂离子传递速率下降的问题，进而确保二次电池的放电性能。第一热处理的最高温度例如介于500℃至700℃之间，以利于磷酸金属锂粒子的成核以及第一碳源的裂解。本发明碳包覆正极材料及其制备方法制程简单，且所制得的碳包覆正极材料于不同充放电率(C-rate)下均能保持高电容量，具有良好的放电性能。

为达上述目的，本发明提供一种碳包覆正极材料。碳包覆正极材料包括磷酸金属锂粒子以及碳包覆层。碳包覆层包覆磷酸金属锂粒子。碳包覆层由第一热处理以及第二热处理形成，且第一热处理中加入第一碳源，第二热处理中加入第二碳源。第一碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比不大于第二碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比。

于一实施例中，磷酸金属锂粒子的组成为LiMPO₄，且金属M选自铁、镍、钴、锰、镁、钛、铝、锡、铬、钒、钼及其组合。

于一实施例中，第一碳源的中值粒径以及第二碳源的中值粒径介于10nm至50nm之间，且第一碳源的中值粒径以及第二碳源的中值粒径透过一扫描式电子显微镜或一穿透式电子显微镜检测得知。

于一实施例中，磷酸金属锂粒子的粒径范围介于0.05μm至2μm之间。

于一实施例中，第一碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比不大于0.5wt％。

于一实施例中，第二碳源相对于磷酸金属锂粒子的重量百分比介于0.4wt％至2wt％之间。

于一实施例中，磷酸金属锂原料以及第一碳源于第一热处理后形成一第一次级粒子，且第一次级粒子的比表面积介于5m²/g至30m²/g之间。