[發明專利]鋰電池的正極材料及高溫固相燒結制備方法

無效

• 申請號: 200810018808.7
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號: CN101222046A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 欒景飛;趙偉;馮景偉;張繼彪;鄭正
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/48;H01M4/04;C01D15/00;C01G1/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司
• 代理人: 湯志武;王鵬翔

技術領域

本發明涉及鋰電池的正極材料及制備的方法。

背景技術

自從日本索尼公司1990年商品化生產鋰離子電池以來，鋰離子電池由于能量密度高、循環壽命長、開路電壓高、安全無污染等一系列優點，越來越多地引起國內外電池工業的重視，其研發和生產也是電池行業的熱門。目前，鋰離子電池分兩大類：液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池。

為了使聚合物鋰離子電池達到大規模商品化，尚需解決以下主要問題：a.需開發出放電電壓高、容量大、充放電循環壽命長的正極材料，這種材料需與電解質有較好的電相容性，以減少接觸電阻；b.需開發不發生枝狀結晶、充放電循環壽命長的負極材料；c.需開發出高導電率的聚合物電解質，目前研究較多的聚醚類固體電解質經摻雜后，導電率仍較低，電池的內阻大、放電電流小。

聚合物鋰電池的高能量密度、小型化、薄型化、輕量化、高安全性、長循環壽命與低成本的特點符合便攜、移動產品的要求，因此在未來2-3年內，取代鋰離子電池市場的份額將達50％。被稱為21世紀移動設備的最佳電源解決方案。聚合物鋰離子電池是繼Cd-Ni、MH-Ni、液態鋰離子電池之后的新一代電池產品。日本Institute?ofInformation?Technology，Ltd.的報告預計：到2002年底，全世界的液態鋰電池產量為7.11億只，“聚合物”鋰電池產量為5千萬只，分別比2001年增長了29％和119％。增長的主要原因有三點：在手機中，鋰電池正在全面取代鎳氫電池，一機兩個電池和一機多電池的使用增加；手提電腦和攝像機中的鋰電池的需求的持續增加；數碼相機市場的快速擴展。

聚合物鋰離子電池從應用觀點來看，出路更加寬廣。電池可以主動地去適應用電設備的尺寸要求，而不是只有標準化的規格尺寸供選擇；聚合物鋰離子電池其結構及生產過程中無酸堿和鉛、汞等污染，是新世紀倡導的綠色環保電池。因此，自聚合物鋰離子電池問世以來強烈吸引著電池研究和生產單位。進入市場不久，技術、工藝正在加速發展和成熟中。其產業化前景十分誘人。聚合物鋰離子電池的技術核心是采用聚合物基質作為電極與電解質的骨架結構，液態電解質分子固定在其中形成表觀干態，電極和電解質內部具有高離子導電性。聚合物鋰離子電池的關鍵技術是制備聚合物電解質。聚合物電解質又稱為高分子固體電解質(SPE)，它不僅需要高的離子傳導率，而且要求有合適的機械強度、柔韌性、孔結構和化學及電化學穩定性等。理想的鋰電池電解質需滿足下列要求：高離子導電性、抗氧化、熱穩定、對鋰的熱力學穩定性高、無毒、環境可接受、大量使用時費用合理且易得到。

鋰離子電池正極材料一直是限制鋰離子電池發展的關鍵，和負極材料相比，正極材料能量密度和功率密度低，并且也是引發鋰離子電池安全性隱患的主要原因。正極材料的發展主要集中體現在尋求高能量密度、高功率密度、環境友好和價格便宜的電極材料。研究最多的是LiMn₂O₄和LiCoO₂。尖晶石型錳酸鋰的熱穩定性被一致認可。對其高溫性能的研究主要集中在體相摻雜和表面修飾。韓國Y.J.kang等研究了Al取代的尖晶石型錳酸鋰，摻雜后在55℃下的穩定性能得到大幅度的提高，其比容量為105mAh/g左右。采用溶膠--凝膠法在尖晶石表面包覆金屬氧化物來提高高溫性能方面的研究最多。包覆的金屬氧化物有TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、LiZrO₂等。美國C.Jhonson等考察了ZrO₂和LiZrO₂表面修飾后的高溫性能研究，LiZrO₂修飾的錳酸鋰在50℃下顯示了比ZrO₂修飾的錳酸鋰具有更好的循環性能，循環30次后比容量從115mAh/g衰減到110mAh/g。研究LiCoO₂的報告集中于：在它的表面包覆金屬氧化物或者復合金屬氧化物，來提高它的充電終止電壓到45V以上，以此提高它的放電容量。

正極材料錳酸鋰如(中國專利申請號為200410044225.3的鋰離子蓄電池正極活性材料尖晶石型錳酸鋰)和鈷酸鋰外，其它如中國專利申請號200410039176鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰和200610106983.2一種摻雜磷酸亞鐵鋰正極材料。正極材料磷酸亞鐵鋰的溫度性能很好，但電容量相對不高。