[發明專利]一種磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰復合正極材料及其制造方法

無效

• 申請號: 201010182564.3
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN101841021A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 耿世達
• 申請（專利權）人: 耿世達
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰復合正極材料及其制造方法，特別是涉及一種用作鋰離子電池正極材料的磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰復合材料及其制造方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

隨著煤炭、石油等主要天然資源的逐漸耗竭，能源危機已經成為人類未來必須解決的重大課題之一。目前綠色無污染的新型高能化學電源已成為世界各國競相開發的熱點。

鋰離子電池是一種新型的化學電源，分別用兩個能可逆地嵌入和脫出鋰離子的化合物作為正負極而構成。當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌出來，在負極中嵌入；放電時鋰離子從負極中脫嵌出來，在正極中嵌入。鋰離子電池由于具有高能量密度、高電壓、無污染，循環壽命高、無記憶效應等優點，廣泛應用在筆記本電腦、手機和其他便攜式電器中。

目前鋰離子電池還是以小容量、低功率電池為主，中大容量、中高功率的鋰離子電池尚未大規模生產，使得鋰離子電池在中大容量UPS、中大型儲能電池、電動工具、電動汽車中尚未得到廣泛應用。其中一個重要原因是鋰離子電池正極材料尚未取得重大突破。

正極材料是鋰離子電池的重要組成部分。迄今研究最多的正極材料是LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄及以上三種材料的衍生物，如LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂等。

LiCoO₂是唯一大規模商品化的正極材料，目前90％以上的商品化鋰離子電池采用LiCoO₂作為正極材料。LiCoO₂的研究比較成熟，綜合性能優良，但價格昂貴，容量較低，存在一定的安全性問題。

LiNiO₂成本較低，容量較高，但制備困難，材料性能的一致性和重現性差，存在較為嚴重的安全問題。LiNi_0.8Co_0.2O₂可看成LiNiO₂和LiCoO₂的固溶體，兼有LiNiO₂和LiCoO₂的優點，一度被人們認為是最有可能取代LiCoO₂的新型正極材料，但仍存在合成條件較為苛刻(需要氧氣氣氛)、安全性較差等缺點，綜合性能有待改進；同時由于含較多昂貴的Co，成本也較高。

尖晶石LiMn₂O₄成本低，安全性好，但循環性能尤其是高溫循環性能差，在電解液中有一定的溶解性，儲存性能差。

新型的三元復合氧化物鎳鈷錳酸鋰(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂)材料集中了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等材料的各自優點：成本與LiNi_0.8Co_0.2O₂相當，可逆容量大，結構穩定，安全性較好，介于LiNi_0.8Co_0.2O₂和LiMn₂O₄之間，循環性能好，合成容易；但由于含較多昂貴的Co，成本也較高。對中大容量、中高功率的鋰離子電池來說，正極材料的成本、高溫性能、安全性十分重要。

上述LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄及其衍生物正極材料尚不能滿足要求。因此，研究開發能用于中大容量、中高功率的鋰離子電池的新型正極材料成為當前的熱點。

自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合：LiFeCOPO₄)的橄欖石結構的鋰電池正極材料之后，1997年美國德克薩斯州立大學John.B.Goodenough等研究群，也接著報導了LiFePO₄的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國與日本不約而同地發表橄欖石結構(LiMPO₄)，使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發展。