[發明專利]磷酸鐵鋰正極材料

無效

• 申請號: 200710123622.3
• 申請日: 2007-09-28
• 公開（公告）號: CN101399342A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 沈炎賓;劉方
• 申請（專利權）人: 深圳市比克電池有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/48;C01B25/45
• 代理公司: 深圳創友專利商標代理有限公司
• 代理人: 丁 銳

技術領域

本發明涉及一種磷酸鐵鋰正極材料，尤其是一種具有良好的大電流充放電性能的磷酸鐵鋰正極材料。

背景技術

鋰離子二次電池以其高能量密度、高放電電壓、比容量大和自放電率低等優點迅速在移動電話、筆記本電腦、電動工具以及電動汽車等領域取代了傳統電池。國內研究較多的正極材料主要包括LiCoO₂，LiNiO₂和LiMn₂O₄，其中層狀結構的LiCoO₂其因電極性能良好，是市場上商品鋰離子電池廣泛采用的正極材料，但存在價格高、污染大等缺點；尖晶石結構的LiMn₂O₄近年來得到廣泛深入的研究，但因其容量偏低，高溫下容量衰減嚴重等問題，應用范圍仍受一定的限制；與結構相似的LiCoO₂相比，LiNiO₂具有容量高，功率大等優點，但存在合成困難、熱穩定性差等問題，其實用化進程一直較緩慢。鐵的資源豐富，環境友好，價格便宜，因此鐵系正極材料越來越受到人們的關注。

在所有鐵系材料中最有應用前途的是橄欖石型LiFePO₄，其理論容量是170mAh/g，相對于鋰金屬負極的穩定放電平臺是3.4V左右，原料資源豐富，價格便宜，無毒，有利于環保，熱穩定性好，安全性高，而且采用常規的高溫固相法即可方便制得。LiFePO₄存在的主要問題是它的電導率低，大電流充放電性能還有待于進一步改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有良好的大電流充放電性能的磷酸鐵鋰正極材料。

為解決上述技術問題，本發明提供一種磷酸鐵鋰正極材料，其化學式為Li_1-xMg_x/2FePO₄/C，其中0.01≤x≤0.04。

LiFePO₄在電化學性能上存在缺陷的主要原因就是鋰離子的擴散速率較小，且其自身的電子導電率也較低(LiFePO₄的電子導電率約為10⁹～10⁹S/cm，鋰離子在LiFePO₄—FePO₄兩相之間的擴散系數為1.8＊10^-14cm²/s)，較低的導電率及鋰離子的擴散速率成為電極過程的制約因素，造成該材料的鋰離子脫嵌可逆性較差。本發明正極材料Li_1-xMg_x/2FePO₄/C是一種對LiFePO₄進行鎂離子摻雜并添加碳后得到的復合正極材料。在LiFePO₄中摻雜鎂金屬離子，鎂金屬離子因為和鋰離子一樣配位數為6，但離子半徑卻比鋰離子小，因而易于進入LiO₆八面體的間隙中以部分取代鋰的位置，形成穩定的橄欖石結構使得LiFePO₄的電化學性能得到提高。在LiFePO₄添加碳，碳均勻地分布在LiFePO₄晶粒之間或包覆在LiFePO₄晶粒的表面，使LiFePO₄晶粒的導電性能明顯提高，采用這種LiFePO₄正極材料的電極得到內阻降低，改善了電池的電化學性能尤其是倍率性能。同時，添加碳還能抑制在合成過程中LiFePO₄晶粒的生長，使得LiFePO₄晶粒變小且分布均勻，避免了電極充電時因晶粒過大而脫鋰不徹底、以及放電時鋰離子在大小晶粒之間分配不成比例、遷移距離不同對電池性能的不利影響，提高了LiFePO₄的容量發揮和循環性能。

本發明磷酸鐵鋰正極材料可采用碳源、鋰源、鐵源、鎂源和磷源按照高溫固相法得到。該高溫固相法與制備LiFePO₄的常規高溫固相法相同。