掺杂正极材料及其制备方法与应用与流程

本申请涉及锂离子电池，尤其涉及掺杂正极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池中，正极材料的性质对电池性能起着决定性的作用。随着动力汽车领域对安全问题日益重视，三元材料被限制使用，橄榄石结构的磷酸盐系正极材料凭借安全性能高而逐步取代三元材料的部分市场份额。但磷酸盐系正极材料的本征电导率低(如磷酸铁锂的本征电导率为10-10～10-9s/cm，磷酸锰铁锂为10-13s/cm)，导致其容量无法发挥。目前大多在颗粒外表面包覆一层碳层改善材料表面的电子电导率，但改善效果仅限于材料表面，对材料内部没有明显的改进，导致碳包覆对材料导电性改善效果有限。对于其他正极材料，碳包覆的改善方法也存在该缺陷，不利于正极材料制得电池的倍率性能、放电容量和循环性能的提升。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种掺杂正极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中正极材料采用碳包覆不能改善材料内部电导率的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种掺杂正极材料，包括正极材料和碳原子，至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和/或晶格间。

4、本申请掺杂正极材料中的至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和/或晶格间，所含碳原子引起晶格畸变，改变了晶格常数，提高了掺杂正极材料晶体的导电性。该些掺杂的碳原子还会与晶体内其他原子尤其是金属原子存在相互作用(碳-金属原子键)进一步提高导电性。所以，当碳原子掺杂在正极材料内部，尤其是至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和/或晶格间，可以提高正极材料内部的导电性，从而提高本申请掺杂正极材料的导电性，有利于提高制得电池的倍率性能、放电容量和循环性能。

5、第二方面，本申请提供一种掺杂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

6、在保护气体中，将包括正极材料前驱体和碳源进行多次烧结处理，使得在生成的正极材料的晶格内和/或晶格间掺杂有碳原子，得到掺杂正极材料；

7、其中，每次烧结处理添加有碳源。

8、本申请制备方法通过多次烧结处理，且每次烧结处理添加有碳源，使得每次添加的碳源热解碳化，在正极材料晶体生长过程中，碳多次掺入在晶体中，尤其是至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和/或晶格间，从而提高了正极材料内部的导电性，提高了制得掺杂正极材料的导电性，制备方法工艺可控，制得的掺杂正极材料结构和物化性质稳定。

9、第三方面，本申请提供一种二次电池，包括正极和负极，正极含有本申请掺杂正极材料或含有本申请制备方法制备的掺杂正极材料。

10、本申请二次电池的正极含有包括本申请掺杂正极材料，因掺杂正极材料导电性好，能更好地与例如正极中的导电剂等材料配合提高正极的导电性，使得本申请实施例二次电池内部电阻低，具有良好的倍率性能、放电容量和循环性能。

技术特征：

1.一种掺杂正极材料，其特征在于：包括正极材料和碳原子，至少部分所述碳原子掺杂在所述正极材料的晶格内和/或晶格间。

2.根据权利要求1所述的掺杂正极材料，其特征在于：所述正极材料包括磷酸盐正极材料；和/或

3.根据权利要求1或2所述的掺杂正极材料，其特征在于：所述元素a在所述正极材料中的摩尔含量大于0％，小于或等于10％；和/或

4.一种掺杂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：多次所述烧结处理依次包括第一烧结处理和第二烧结处理；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求5～7任一项所述的制备方法，其特征在于：所述第二烧结处理后，还包括如下步骤：

10.一种二次电池，包括正极和负极，其特征在于：所述正极含有权利要求1～3任一项所述掺杂正极材料或含有权利要求4～9任一项所述制备方法制备的掺杂正极材料。

技术总结
本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及掺杂正极材料及其制备方法与应用。掺杂正极材料包括正极材料和碳原子，至少部分碳原子掺杂在正极材料的晶格内和/或晶格间。掺杂的碳原子引起晶格畸变，且还会与晶体内其他原子尤其是金属原子存在相互作用，可以提高正极材料内部的导电性，从而提高掺杂正极材料的导电性。制备方法包括在保护气体中，将包括正极材料前驱体和碳源进行多次烧结处理，使得在生成的正极材料的晶格内和/或晶格间掺杂有碳原子，得到掺杂正极材料；其中，每次烧结处理添加有碳源。将掺杂正极材料应用于二次电池中有利于提高倍率性能、放电容量和循环性能。

技术研发人员：李亨利,徐荣益,孔令涌,李意能,陈燕玉,郑银琼
受保护的技术使用者：曲靖市德方纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16