[發明專利]一種納米級的動力電池正極材料LiFePO4的制備方法

無效

• 申請號: 200910254511.5
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN101740756A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 王大偉;陶淳
• 申請（專利權）人: 彩虹集團公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于動力電池材料技術領域，涉及鋰離子電池納米級正極材料，特別是一種納米級的動力電池正極材料LiFePO₄的制備方法。

背景技術

隨著傳統能源不可再生性的巨量消耗和使用過程中越來越嚴重的污染環境問題，世界范圍對于清潔能源極為關注。目前的清潔能源包括核能、太陽能、風能、水能及生物能。從自然界中獲取清潔能源已經成為正在使用中的技術，而獲取后的能源如何來儲存和使用將是目前最大的問題。

石油的消耗量是所有礦物能源中最大的，當前全球汽車需求的石油占石油消耗總量的一半以上，同時全球大氣污染42％以上來源于交通車輛的污染。因此全世界對于電動車(EV)和油電混合動力車(HEV)的研發和推廣都投入了大量的資金，而作為電動車的動力來源-動力電池的研發更顯得尤為關鍵。鋰離子電池以其無記憶、高能量密度、長使用壽命、高安全性、寬工作溫區和低污染性而成為動力汽車用電池的首選。

鋰離子電池的組成為正極材料、負極材料，隔膜和電解液，其中正極材料是鋰離子電池的核心部分。目前可以作為鋰離子電池正極材料的有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂和LiFePO₄；當前商品化的鋰離子電池中主要以LiCoO₂為正極材料。

LiCoO₂材料具有高的克容量(270mA·h/g)，但是由于其結構不穩定，當過充或過放電時，會有過量的鋰離子聚集在負極，在負極上形成晶枝，長尖晶枝會造成電池隔膜被刺破，所以LiCoO₂為正極材料的鋰電池出現爆炸的概率較大；此外Co元素不但稀缺，而且具有毒性。因此LiCoO₂不適合被大批量的應用用于動力電池，一般以LiCoO₂為正極材料的鋰電池用在移動通訊，便攜式小電器及小型電動工具上。

LiNiO₂在充電過程中Ni³⁺較容易被電解液還原，從而導致O₂放出，同樣會導致電池的不安全。LiMn₂O₄雖然具有穩定的結構，避免了晶枝的產生，但是Mn具有多種價態(包括+2，+3，+4，+7)，很容易和電解液反應，造成其容量的衰減。三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂雖然具有較好的穩定性和克容量，但是其中含有Co，同樣具有污染環境和原料稀缺的問題。

鋰離子電池正極材料中LiFePO₄受到產業界的大量關注，LiFePO₄具有較高的放電平臺(高達3.43V)，同時原料豐富，對環境無污染；更重要的是和其它鋰電池正極材料相比，其具有最好熱穩定性和化學穩定性，即其安全性是最高的，因此LiFePO₄是最適合應用于動力電池的正極材料。

目前LiFePO₄存在的技術問題就是：在大電流充放電時電容量會大幅度下降。主要原因就是LiFePO₄中的電子傳輸率和離子擴散率較低，一般的方法是通過在LiFePO₄顆粒表面包覆碳以提高其電子傳輸率，通過摻雜過渡金屬提高其離子擴散率。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種納米級的動力電池正極材料LiFePO₄的制備方法，利用水熱法結合反應條件的控制來制備納米級LiFePO₄，以提高鋰離子電池Li⁺的傳輸率。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種納米級的動力電池正極材料LiFePO₄的制備方法，包括以下步驟：

1)將含Li⁺的溶液和含Fe²⁺的溶液按照摩爾比為Li∶Fe＝0.95～3.2∶0.9～1.1的比例混合；然后按照摩爾比為Li∶P＝0.95～3.2∶0.95～1.2的比例加入含PO₄^3-的磷酸或磷酸鹽溶液；再按照摩爾比為Li∶聚乙二醇＝1～5∶0.01的比例加入聚乙二醇，充分攪拌；