[发明专利]一种磷酸锰铁锂系正极材料、正极、锂离子电池及制备方法

说明书

本发明公开一种磷酸锰铁锂系正极材料、正极、锂离子电池及制备方法。所述磷酸锰铁锂系正极材料包括磷酸锰铁锂系基体和包覆基体的包覆层；磷酸锰铁锂系基体的通式为Lisubgt;a/subgt;Fesubgt;m/subgt;Mnsubgt;n/subgt;Msubgt;1‑m‑n/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;1‑b/3/subgt;Xsubgt;b/subgt;，M为Y、Nb或Mo中至少一种，X为卤素；包覆层为Mg、N两种元素共掺杂的多孔碳材料。通过在磷酸锰铁锂材料中掺杂过渡金属元素，提高了成核速率，有利于制备出小粒径的磷酸锰铁锂系材料，从而有利于提高材料的压实密度，且有利于将磷酸锰铁锂系材料包覆到多孔碳材料的孔道结构中；同时，在磷酸锰铁锂材料中适量掺杂过渡金属元素，材料有更快的Lisupgt;+/supgt;离子脱/嵌反应动力学，从而有利于正极材料倍率性能的提高。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种磷酸锰铁锂系正极材料、正极、锂离子电池及制备方法。

背景技术

当前，从国内外新能源汽车发展现状来看，电池种类丰富多样，而市场对电池最关心的关键指标集中在五大方面：安全稳定性能、循环寿命、耐宽温性、充电速度和能量密度。在这五个指标中完全性可谓是重中之重，也是电动汽车大规模普及亟待解决的问题。安全是发展电动汽车的前提，根据国家平台监测的统计，去年5月份至年底，一共发生了113起新能源汽车事故，电池的安全问题引起了人们的高度重视。

目前，锂离子电池依据使用的正极材料不同，分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元材料电池和磷酸铁锂系电池等。钴酸锂电池安全性差、成本高，主要用于小型号电芯，且钴资源稀缺，价格较高。锰酸锂电池成本低，但是锰酸锂电池容易分解产生气体，循环性能衰减快。三元电池能量密度高，但热稳定性较差，在200℃左右的外界温度下就会分解并释放出氧气，与电池里的可燃电解液、碳材料接触很容易在极短的时间内发生爆燃。磷酸铁锂系材料稳定性较高，在700℃才会发生分解，且不会释放氧气，具有其他材料无法比拟的安全性，并且循环寿命较长，因此，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。

但是，磷酸铁锂正极材料受限于自身较低的压实密度(2.2/cm)、克容量(145mAh/g)和电压平台(3.2V)，限制了磷酸铁锂系正极材料在新能源电动车市场上的大规模应用。磷酸铁锰锂正极材料由于Mn的引入，在放电平台和导电性上都有不同程度的改善，但其倍率性能和比容量仍不理想，还不能满足其作为动力锂离子电池正极材料的应用需求。因此，研制一种倍率性能和电池容量性能优异的磷酸铁锰锂系正极材料，对于锂离子电池的发展具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有的锂离子电池中磷酸铁锰锂正极材料存在的容量性能和倍率性能较差的问题，本发明提供一种磷酸锰铁锂系正极材料、正极、锂离子电池及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种磷酸锰铁锂系正极材料，包括磷酸锰铁锂系基体和包覆所述磷酸锰铁锂系基体的包覆层；

所述磷酸锰铁锂系基体的通式为Li_aFe_mMn_nM_1-m-n(PO₄)_1-b/3X_b，其中，M为Y、Nb或Mo中至少一种，X为卤素，1≤a≤1.05，0.4≤m≤0.9，0.1≤n≤0.5，0.1≤b≤0.3，且1-m-n≠0；

所述包覆层为Mg、N三种元素共掺杂的多孔碳材料。