[發明專利]一種新型鐵鋰電池制備方法

無效

• 申請號: 200910044111.1
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN101901936A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 肖瓊;王先友;魏思偉;楊建東
• 申請（專利權）人: 湖南海星高科動力電池有限公司
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 魏國先

技術領域：

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種新型的鐵鋰電池的制備方法。

背景技術：

(1)隨著經濟的不斷發展，必然引起石油資源的枯竭和環境污染、溫室效應的加劇，人們必須把握經濟增長(Economic?growth)，環境保護(Environment?protection)和能源供給(Energy?security)的“三E”之間的平衡關系。時代的需求召喚著高效清潔能源的開發。

伴隨高新技術的發展和人民生活水平的提高，鋰離子電池制造技術的進步和電池成本的下降，鋰離子電池將成為化學電源的主流，其應用前景非常廣闊。自從1992年由日本Sony公司導入市場以來，以其重量輕、容量高、工作電壓高、使用壽命長且無污染等特點得到迅猛發展，加上其性能受到便攜式電子產品制造者的肯定，被廣泛用到各種便攜式電子產品，如：移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機、MP3、播放機PDA等。

從整個正負極電極材料的發展來看，目前制約鋰離子電池能量密度提升的關鍵因素是正極材料。正極材料在鋰離子電池產品組成中占據著最重要的地位，它的性能和價格直接影響到鋰離子電池的性能和價格。正極材料還需要額外負擔負極材料的不可逆容量損失。因此，正極材料的研究與改進一直是鋰離子電池材料研究的關鍵。

自1990年日本SONY公司發明鋰離子電池以來，目前使用最多的正極材料還主要是層狀結構的鋰鈷氧化物(LiCoO₂)，以及鋰鎳氧化物(LiNiO₂)、尖晶石型(LiMn₂O₄)和層狀結構(LiMnO₂)的鋰錳氧化物。

鋰鈷氧化物，其平均工作電壓為3.7V，具有放電平穩，適合大電流放電、比能量高、循環性能好等優點，是應用最廣的鋰離子電池正極材料。但在Li_xCoO₂中，x＝0.5-1，即充放電過程中尚有0.5個Li⁺電子沒有參與電極反應，盡管其理論比容量為274mAh/g，實際容量只有140mAh/g左右。并且由于鈷資源匱乏、價格高，且在大電流應用時LiCoO₂的安全性也是一個問題，因而大大限制了鈷系鋰離子電池的使用范圍，尤其是在電動汽車和大型儲備電源方面。

鋰鎳氧化物LiNiO₂的理論容量為274mAh/g，實際容量已達110mAh/g左右，具有較好的高溫穩定性，自放電率低，無污染，與多種電解液有著良好的相容性。但由于LiNiO₂合成困難，且難得到化學計量的LiNiO₂，并且其電化學活性差，循環性能也較差，離實際應用還較遠。

鋰錳氧化物與鎳和鈷相比，具有價格低廉、資源豐富的優勢，目前開發的有尖晶石型錳酸鋰和層狀結構的錳酸鋰，它們具有其它正極材料所不可比擬的物理和化學性質，其熱安全性和耐過充電能力極好，但是LiMn₂O₄在使用過程中由于Mn的溶解等易導致晶格產生缺陷，使得晶體結構無序化，阻塞了鋰離子的嵌入和脫嵌通道，從而導致了材料的容量衰減較快。尤其是在高溫下(45℃以上)的循環性能劇降和貯存性能差，限制了它的廣泛應用。

橄欖石型LiFePO₄的理論容量為170mAh/g，熱穩定性，安全性和循環壽命良好，但也存在兩個缺陷：①電子電導很小，不利于可逆反應，特別是高倍率放電的進行；②Li⁺在其中的擴散慢。另外，合成理想的LiFePO₄也不容易，因為在合成時要防止Fe²⁺被氧化為Fe³⁺。

其它鋰離子電池正極材料，如LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂，釩的系列化合物，有機硫的化合物等材料的研究工作，國內外都在進行之中，雖然取得了許多有益的成果，有的已經在工業上應用，但有的要在工業上應用還有待于進一步完善和深化。

金屬氟化物作為鋰離子電池正極材料，因其高理論比容量、低成本、安全和對環境友好而備受關注。但是金屬氟化物的絕緣性降低了其電化學性能。如果能解決其導電性能差的問題，金屬氟化物將被認為是新一代最具發展潛力的鋰離子電池正極材料。