[發(fā)明專利]超微球顆粒連接的鋰離子電池用球形正極材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010173156.1
• 申請(qǐng)日: 2010-05-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101989653A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黃兵
• 主分類號(hào): H01M4/136
• 分類號(hào): H01M4/136;H01M4/133;H01M4/1397;H01M4/1393
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超微球顆粒連接的鋰離子電池用球形正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在能源危機(jī)、節(jié)能環(huán)保問(wèn)題日益突出的背景下，20世紀(jì)90年代初實(shí)現(xiàn)商品化的鋰離子電池由于具有重量輕、工作電壓高、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，成為最有希望的電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池，但是該動(dòng)力電池在市場(chǎng)化過(guò)程中也存在很多問(wèn)題。對(duì)于正極材料而言，以下幾項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題需解決。一、高安全性能：在過(guò)充電、過(guò)放電等情況下不起火、不爆炸；二、高倍率充放電性能：能夠進(jìn)行瞬間大電流放電和充電；三、長(zhǎng)循環(huán)壽命性能：滿足車輛在行駛過(guò)程中的反復(fù)充放電要求。

目前常用的正極材料有鋰過(guò)渡金屬氧化物如層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO₂和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄，但是LiCoO₂材料由于抗過(guò)充電及熱穩(wěn)定性較差，同時(shí)鈷價(jià)格昂貴、資源短缺，不適合用于鋰離子動(dòng)力電池。LiMn₂O₄穩(wěn)定性好、耐過(guò)充電，但由于Jahn-Teller效應(yīng)引起該材料結(jié)構(gòu)的收縮與膨脹以及錳的溶解導(dǎo)致容量衰減尤其是在高溫下容量衰減更快，限制了其發(fā)展。

1997年P(guān)adhi?A?K(Padhi?A?K，Nanjundaswamy?K?S，Goodenough?J?B.Phospho-olivines?as?positive?electrode?materials?for?rechargablelithium?batteries[J].J?Electrochem?Soc，1997，144(4)：1188-1190.)首次報(bào)導(dǎo)了磷酸鐵鋰具有脫嵌鋰功能，橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO₄及單斜結(jié)構(gòu)的Li₃V₂(PO₄)₃含有(PO₄)^3-陰離子結(jié)構(gòu)單元，這些結(jié)構(gòu)單元通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵連成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并形成更高配位的由其它金屬離子占據(jù)的空隙，因此即便是大量鋰離子脫嵌(Δx→1)，該類材料的晶體框架結(jié)構(gòu)也很穩(wěn)定，具有較好的循環(huán)性能和安全性能。但是由于該類型正極材料的電子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率比較低，高倍率放電性能較差，限制了該材料在商業(yè)化電池中的應(yīng)用。

在顆粒表面包覆碳是目前常用的提高材料高倍率性能的改性措施，可有效提高材料的電導(dǎo)率。同時(shí)，減小顆粒尺寸來(lái)制備納米級(jí)材料，這有助于縮短鋰離子的擴(kuò)散距離，但是高溫固相法制備的超微顆粒通常為無(wú)規(guī)則形狀，且粒子極易團(tuán)聚，制備電極漿料時(shí)不易均勻分散，需要更多的粘接劑，從而導(dǎo)致充放電過(guò)程中極片局部區(qū)域極化大，不利于高倍率放電。

中國(guó)專利CN1773754、CN101152961、CN101162776、CN101081696、CN101330141和CN101436667都公開(kāi)了利用噴霧法制備球形正極材料的方法，這些方法通過(guò)噴霧干燥得到球形混合粉體前驅(qū)體，然后再進(jìn)行預(yù)燒或直接高溫?zé)Y(jié)，有的還在預(yù)燒或高溫?zé)Y(jié)后再進(jìn)行粉化、整形處理，從而得到球形或者類球形材料，同時(shí)由于原料鹽的熱分解及脫水還會(huì)使材料出現(xiàn)多孔形貌。這些技術(shù)方案全部是在對(duì)材料進(jìn)行預(yù)燒或高溫?zé)Y(jié)之前進(jìn)行噴霧干燥得到球形前驅(qū)體，因而在預(yù)燒或熱處理過(guò)程中由于原料鹽的熱分解及脫結(jié)晶水會(huì)破壞材料中一次顆粒的形貌和結(jié)構(gòu)，而在預(yù)燒以后再將碳源和預(yù)燒的粉末進(jìn)行球磨混料，噴霧干燥，則可以得到均勻碳包覆的超微球顆粒連接球形前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后則得到超微球顆粒連接球形正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種超微球顆粒連接的鋰離子電池用球形正極材料，以提高其使用性能。

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是，提供一種超微球顆粒連接的鋰離子電池用球形正極材料的制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，超微球顆粒連接的鋰離子電池用球形正極材料，所述的正極材料為L(zhǎng)iFePO₄/C或Li₃V₂(PO₄)₃/C。

超微球顆粒連接的鋰離子電池用球形正極材料的制備方法，所述的方法包括如下步驟：