[發(fā)明專利]磷酸鹽正極材料及其制備方法、鋰離子動(dòng)力電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110207046.7
• 申請日: 2011-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN102299321A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡道國
• 申請（專利權(quán)）人: 蔡道國
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市遠(yuǎn)航專利商標(biāo)事務(wù)所 44276
• 代理人: 褚治保

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用正極材料及其制備方法、鋰離子電池，更具體地說,本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法，以及使用該材料的鋰離子動(dòng)力電池。?

背景技術(shù)

隨著電子和信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，大量新型的移動(dòng)電子消費(fèi)產(chǎn)品不斷問世，對獨(dú)立電源特別是高能二次電池提出了迫切要求。與其它二次電池相比，鋰離子電池具有高的體積能量密度和重量能量密度。加上設(shè)計(jì)靈活性及長的循環(huán)壽命壽命、無記憶效應(yīng)、低的自放電率、對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)今便攜式電子產(chǎn)品中可再充式電源的主要選擇對象。

作為新一代的綠色高能電池，鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用到筆記本電腦、移動(dòng)電話、UPS等技術(shù)領(lǐng)域的能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換方面，在電動(dòng)汽車和車用蓄電池等行業(yè)也有廣闊的應(yīng)用前景。

然而，傳統(tǒng)正極材料-鈷酸鋰的資源不足已開始制約鋰離子電池的發(fā)展，而且，這種材料的安全性也存在一定問題。1997年Good?enough等首次報(bào)道了具有橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO₄能可逆地嵌入和遷出Li⁺之后，LiFePO₄是繼LiNiO₂和LiMn₂O₄后產(chǎn)生的又一個(gè)研究熱點(diǎn)。LiFePO₄具有原料豐富、成本低、比容量較高、對環(huán)境友好、無毒無害、熱穩(wěn)定性好等突出的優(yōu)點(diǎn)，是一種頗具潛力的下一代鋰離子電池正極替代材料。該材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應(yīng)用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴(kuò)大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義。但是，磷酸鐵鋰本身較差的電子導(dǎo)電率阻礙了其在商業(yè)化電池中的應(yīng)用。?

正交橄欖石型LiFePO₄，雖然具有安全、環(huán)保、廉價(jià)、比容量高、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)可逆性好等優(yōu)點(diǎn)，對著重要考慮價(jià)格和安全性的中大容量、中高功率的鋰離子電池來說，具有無可比擬的優(yōu)勢。雖然其電子導(dǎo)電率和離子傳導(dǎo)率低，會(huì)造成充放電過程中容量損失嚴(yán)重，大電流放電性能差等問題，但是通過金屬離子摻雜或碳包覆，可以提高材料的電導(dǎo)率達(dá)到10^-3S/cm以上；通過減小一次顆粒粒徑，減小Li⁺擴(kuò)散路徑，縮短擴(kuò)散時(shí)間，可以提高材料的電化學(xué)性能。

CN100431207C公開了一種二元、三元和四元鋰磷酸鹽，但是其實(shí)施例僅公開了包含LiFeMn三元的鋰磷酸鹽（實(shí)施例2），而且其公開的鋰磷酸鹽的比容量仍然較低，循環(huán)性能也較差。

CN100448071C公開了一種鋰電池正極材料，其公開了利用過渡族元素參加磷酸鐵鋰形成多元的鋰磷酸鹽正極材料，在0.5C以上放電容量低于130?mAh/g,?而且循環(huán)性能較差（0.5C600次實(shí)驗(yàn)，比容量保持率低于90%）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子動(dòng)力電池用磷酸鹽正極材料及其制備方法、鋰離子動(dòng)力電池，本發(fā)明通過選擇參雜元素的組合以及嚴(yán)格控制其組分的含量，成功地提高磷酸鹽正極材料的導(dǎo)電性能、循環(huán)壽命和/或提高現(xiàn)有動(dòng)力電池用正極材料的能量密度。?

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鋰離子動(dòng)力電池用磷酸鹽正極材料，通式為LiFe_1-x-yTi_0.5xNi_0.5x+yPO₄/C，以LiFe_1-x-yTi_0.5xNi_0.5x+yPO₄為基材，基材外包覆有碳材料微粒層，基材與碳材料微粒層組合成復(fù)合顆粒，并且復(fù)合顆粒均勻分散在由碳材料微粒的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，其中0.08≤2x+y≤0.12，0.01≤x≤y≤0.1，?C由有機(jī)碳源化合物分解生成，所述的有機(jī)碳源化合物為檸檬酸、纖維素、葡萄糖、羧甲基殼聚糖、抗壞血酸的一種，有機(jī)碳源化合物的加入量為基材原料總重量的1-10%；所述復(fù)合顆粒的平均粒徑在500-8000?nm之間，碳材料微粒的直徑在5-50?nm之間；復(fù)合顆粒的比表面積為12-45?m²/g。?

本發(fā)明的上述鋰離子動(dòng)力電池用磷酸鹽正極材料采用以下方法制備得到：

一種鋰離子動(dòng)力電池用磷酸鹽正極材料的制備方法，包括以下步驟：