[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102225753A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 高明霞;潘洪革;葉欣;劉永鋒
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/1397;H01M4/58
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 賈靜環(huán)

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料的制備方法，屬于能源材料技術領域，具體涉及一種通過對采用固相法、液相法等各種合成方法制備的鋰離子電池正極材料的前驅體進行變溫聯合煅燒，達到對合成鋰離子電池正極材料結構和形貌的優(yōu)化設計和控制，從而獲得具有高倍率及超高倍率充放電特性的鋰離子電池電極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是20世紀90年代發(fā)展起來的綠色二次電池，與傳統的鉛酸、鎳鎘、鎳氫等二次電池相比，鋰離子電池以其可逆容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、能量密度高、無記憶效應等優(yōu)點而備受青睞，已在小型移動電源上得到廣泛應用。傳統的鋰離子電池正極材料主要是鈷酸鋰(LiCoO₂)，由于含有貴金屬，其價格較昂貴，基本占鋰電池成本的一半以上，并且其有限的容量也制約了鋰離子電池作為電動工具、電動車及混合電動車等用高能量密度、長循環(huán)壽命、綠色無污染和低成本二次電源的要求。因而開發(fā)新一代高性能、低成本的綠色鋰離子電池正極材料具有重要意義。

磷酸鐵鋰(LiFePO₄)鋰離子電池正極材料由于具有循環(huán)壽命長、安全性能好、原料來源豐富、成本低、無毒性和安全性好等優(yōu)勢被認為是最有應用前景的電動汽車等用動力鋰電池正極材料之一，并已經得到嘗試性應用。但LiFePO₄材料電子電導率和離子電導率低的缺點制約了其在高倍率下的充放電性能，從而妨礙了其在鋰離子電池正極材料上的規(guī)模化應用。目前常見的改性手段主要有對LiFePO₄材料的納米化及多孔化、表面碳包覆以及摻雜等。

到目前為止，在現有技術中通常通過對鋰離子正極材料的前驅體進行一步煅燒獲得正極材料。該一步煅燒法由于很難同時控制合成的材料中對材料高倍率性能起關鍵作用的結構因數，包括結晶性、顆粒尺寸和材料中高電導率相的含量等，因而合成正極材料的高倍率性能得不到有效保證。

因此，需要開發(fā)新的工藝措施，實現對鋰離子電池正極材料結構的優(yōu)化設計和控制，使該材料兼具結晶性好、顆粒尺寸較小及高電導率化合物適量的優(yōu)點。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種制備鋰離子電池正極材料的方法，該方法通過對采用固相法或液相法制備的合成鋰離子電池正極材料的前驅體在不同溫度段下進行分步煅燒的變溫聯合煅燒，實現對合成該材料結構和性能的優(yōu)化設計和控制，兼具提高鋰離子正極材料結晶性、控制其顆粒尺寸，從而獲得具有高倍率及超高倍率充放電特性的鋰離子電池正極材料。

具體而言，本發(fā)明提供的鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)提供鋰離子電池正極材料的前驅體；

(2)對該前驅體進行變溫聯合煅燒；

其中，所述變溫聯合煅燒包括對該前驅體在300-900℃的溫度范圍內實施至少兩次煅燒。

在一個實施方案中，通過本發(fā)明方法制備的鋰離子電池正極材料為LiFePO₄電池正極材料。通過本發(fā)明的變溫聯合煅燒實現了對該LiFePO₄材料結構和性能的優(yōu)化設計和控制，還提高了LiFePO₄鋰離子正極材料的結晶性、控制其顆粒尺寸，同時原位引入高電導率的Fe₂P及FeP。

附圖說明

圖1為實施例1所得到的LiFePO₄材料的掃描電鏡照片。

圖2為實施例1所得到的LiFePO₄材料的X-射線衍射圖譜。

圖3為實施例1所得到的LiFePO₄在不同倍率下的放電容量。

圖4為采用實施例1相同的前驅體，在相同的氣氛下，分別經(a)600℃煅燒20小時，(b)700℃煅燒4小時，(c)700℃煅燒10小時和(d)800℃煅燒2小時獲得的LiFePO₄材料的SEM形貌。

圖5為采用實例1相同的前驅體，在相同的煅燒氣氛下，分別經(a)600℃煅燒20小時，(b)700℃煅燒4小時，(c)700℃煅燒10小時和(d)800℃煅燒2小時獲得的LiFePO₄材料在不同放電倍率下的放電容量。

具體實施方式

本發(fā)明提供的鋰離子電池正極材料的制備方法，包括(1)提供鋰離子電池正極材料的前驅體；和(2)對該前驅體進行變溫聯合煅燒，其中，所述變溫聯合煅燒包括對該前驅體在300-900℃的溫度范圍內實施至少兩次煅燒過程。