富锂锰基/磷酸盐复合正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及冶金工程，具体而言，涉及一种富锂锰基/磷酸盐复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车及储能设备销量大幅增长，而储能设备的循环问题直接影响消费者的体验，如何提高循环寿命与锂电池正极材料有直接关系，储能型正极材料的技术迭代朝着高循环、高稳定、高能量密度方向进行，其最终迭代愿景是低成本、高稳定的正极材料。

2、富锂锰基层状正极材料(olo)可以看成由富锂型层状锰酸锂和层状锂离子过渡金属氧化物两种成分在原子尺度均匀复合形成。在过渡金属/锂混合层内，锂和过渡金属原子有序排列，形成超晶格结构，其克容量可达320mah/g，远高于磷酸盐正极材料和低成本三元材料，有望成为新一轮高容量正极材料，富锂锰基应用电压较宽，材料成分可调性更大，可做到低钴或去钴程度，并且工艺生产与三元类似，这些都极大程度加快了富锂锰基材料的推进。

3、但是传统的富锂锰基材料仍然存在首效较低、电导性较差、倍率性能较差、循环过程中易发生释氧而导致晶体结构的相变等问题，如何解决这些问题也成为富锂锰基能否被大规模应用的关键。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，在碳纤维材料的内部或表面均匀分散有富锂锰基正极材料颗粒和磷酸盐正极材料颗粒，纤维状的碳材料可以提高富锂锰基正极材料的离子电导率，并且富锂锰基正极材料的富锂相还可以给磷酸盐正极材料起到持续补锂的作用。该复合型材料作为锂离子电池正极时表现出更好的循环稳定性和倍率性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，该方法采用静电纺丝的方法，使正极材料颗粒可以在纤维中均匀分布，然后再对高分子聚合物材料进行碳化，得到该复合正极材料。

3、本发明的第三目的在于提供一种富锂锰基/磷酸盐复合正极材料在锂电池中的应用。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明所提供的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，包括：碳纤维基体以及分布在所述碳纤维基体的纤维表面和/或内部的富锂锰基正极材料颗粒和磷酸盐正极材料颗粒；

6、所述磷酸盐正极材料包括磷酸铁锂和/或磷酸锰铁锂。

7、可选地，所述富锂锰基正极材料颗粒与所述磷酸盐正极材料颗粒的质量比为1:9～9:1。

8、可选地，所述富锂锰基正极材料颗粒的粒径d50＝2～18μm。

9、可选地，所述磷酸锰铁锂的粒径d50＝0.2～2μm。

10、本发明所提供的一种富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

11、将含有高分子聚合物、富锂锰基正极材料颗粒和磷酸盐正极材料颗粒的静电纺丝液进行静电纺丝，得到静电纺丝膜；所述静电纺丝膜干燥、老化后进行碳化处理，得到该富锂锰基/磷酸盐复合正极材料。

12、可选地，所述静电纺丝的电压为12～16kv。

13、可选地，所述静电纺丝的静电纺丝液的流量为1～1.5ml/h。

14、可选地，所述静电纺丝的纺丝针头与收集装置之间的间距为10～20cm。

15、可选地，所述老化的温度为200～240℃，所述老化的时间为2～3h。

16、可选地，所述碳化的温度为450-650℃，所述碳化的时间为4～10h。

17、可选地，所述富锂锰基正极材料颗粒和所述磷酸盐正极材料颗粒的质量和与所述高分子聚合物的体积之比为(1～2)g：1ml。

18、可选地，所述高分子聚合物包括pvp、paa和pan中的至少一种。

19、一种所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料在锂电池中的应用。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、(1)本发明所提供的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，在碳纤维材料的内部或表面均匀分散有富锂锰基正极材料颗粒和磷酸盐正极材料颗粒，纤维状的碳材料可以提高富锂锰基正极材料的离子电导率，并且富锂锰基正极材料的富锂相还可以给磷酸盐正极材料起到持续补锂的作用。

22、(2)本发明所提供的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，该方法采用静电纺丝的方法，使正极材料颗粒可以在纤维中均匀分布，然后再对高分子聚合物材料进行碳化，得到该复合正极材料。

23、(3)本发明所提供的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，限定了静电纺丝的具体参数，可以使两种正极材料颗粒在碳纤维主体中均匀分散。

技术特征：

1.富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，其特征在于，包括：碳纤维基体以及分布在所述碳纤维基体的纤维表面和/或内部的富锂锰基正极材料颗粒和磷酸盐正极材料颗粒；

2.根据权利要求1所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料颗粒与所述磷酸盐正极材料颗粒的质量比为1:9～9:1。

3.根据权利要求1所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料颗粒的粒径d50＝2～18μm。

4.根据权利要求1所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的粒径d50＝0.2～2μm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝满足以下条件中的至少一个：

7.根据权利要求5所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述老化的温度为200～240℃，所述老化的时间为2～3h。

8.根据权利要求5所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为450～650℃，所述碳化的时间为4～10h。

9.根据权利要求5所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述富锂锰基正极材料颗粒和所述磷酸盐正极材料颗粒的质量和与所述高分子聚合物的体积之比为(1～2)g：1ml；

10.根据权利要求1～4任一项所述的富锂锰基/磷酸盐复合正极材料在锂电池中的应用。

技术总结
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种富锂锰基/磷酸盐复合正极材料及其制备方法和应用。包括：碳纤维基体以及分布在所述碳纤维基体的纤维表面和/或内部的富锂锰基正极材料颗粒和磷酸盐正极材料颗粒；所述磷酸盐正极材料包括磷酸铁锂和/或磷酸锰铁锂。该富锂锰基/磷酸盐复合正极材料，在碳纤维材料的内部或表面均匀分散有富锂锰基正极材料颗粒和磷酸盐正极材料颗粒，纤维状的碳材料可以提高富锂锰基正极材料的离子电导率，并且富锂锰基正极材料的富锂相还可以给磷酸盐正极材料起到持续补锂的作用。该复合型材料作为锂离子电池正极时表现出更好的循环稳定性和倍率性能。

技术研发人员：段梦婷,盛杰,高飞,杨红新
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15