[發明專利]一種多元摻雜鋰磷酸鹽正極材料及其制備方法、鋰離子動力電池

有效

• 申請號: 201110207049.0
• 申請日: 2011-07-23
• 公開（公告）號: CN102290576A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 蔡道國
• 申請（專利權）人: 蔡道國
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/1397;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市遠航專利商標事務所 44276
• 代理人: 褚治保

1.?一種多元摻雜鋰磷酸鹽正極材料，通式為LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-yPO₄/C，以LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-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合顆粒，并且復合顆粒均勻分散在由碳材料微粒的導電網絡中，其中0.03≤x/2+y≤0.10，0.02≤x≤y≤0.08，C由有機碳源化合物分解生成，所述的有機碳源化合物為檸檬酸、纖維素、葡萄糖、抗壞血酸的一種，有機碳源化合物的加入量為基材原料總重量的1-10%；所述復合顆粒的平均粒徑在0.5-5?μm之間，碳材料微粒的直徑在5-50?nm之間；復合顆粒的比表面積為12-35?m²/g。

2.一種多元摻雜鋰磷酸鹽正極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將鋰源化合物中的鋰：鐵源化合物中的鐵：鈦源化合物中的鈦：錳源化合物中的錳：磷酸二氫銨按照1：1-x-y：0.5x?：0.1-y：?1的摩爾比的比例混合，同時加入碳或碳源化合物，有機碳源化合物的加入量為基材原料總重量的1-10%，形成原料混合物；

（2）將原料混合物分散于水或乙醇或丙酮溶劑中，固體與溶劑的質量比為1：1.5-2.5，在高能球磨機內以200-1000?r/min的轉速球磨分散15-25小時，將得到的懸浮液通過高速離心式噴霧干燥機進行噴霧干燥，制備得到前驅分散體；

（3）在惰性或非氧化性氣氛中，將前驅分散粉體以1-5℃/min的升溫速度，在650-750℃的溫度范圍內熱處理8-30小時，然后自然冷卻至100℃以下；

（4）機械融合處理，轉速500-800?r/min，時間50-200分鐘，得到鋰離子動力電池磷酸鹽正極材料。

3.?根據權利要求2的制備方法，其特征在于在步驟（2）中，所述高速離心式噴霧干燥機進行噴霧干燥進口溫度為180-250℃，出口溫度為50-80℃，送料速度為：20-100?ml/min。

4.根據權利要求2的制備方法，其特征在于在步驟（3）中，所述的熱處理分為兩個階段，第一階段在惰性氣氛中于350?℃預燒3小時，第二階段在一氧化碳氣氛中在650-750?℃的溫度范圍內熱處理5-27小時。

5.根據權利要求2的制備方法，其特征在于所述的鋰源化合物為氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、氯化鋰、硝酸鋰、草酸鋰中的一種。

6.?根據權利要求2的制備方法，其特征在于所述的鐵源化合物為氯化亞鐵、氯化鐵、檸檬酸鐵、氫氧化鐵、硝酸鐵、氧化亞鐵、草酸亞鐵中的一種。

7.根據權利要求2的制備方法，其特征在于所述的鈦源化合物為偏鈦酸、三氯化鈦、四氯化鈦、鈦酸的一種。

8.根據權利要求2的制備方法，其特征在于所述的錳源化合物為氯化錳、氫氧化錳、碳酸錳、硝酸錳、二氧化錳中的一種。

9.一種鋰離子動力電池，其具有正極，正極由正極材料、導電劑、粘結劑，以溶劑混合均勻后涂于金屬箔上，干燥、輾壓并沖切成片，其特征在于：所述正極材料，通式為LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-yPO₄/C，以LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-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合顆粒，并且復合顆粒均勻分散在由碳材料微粒的導電網絡中，其中0.03≤x/2+y≤0.10，0.02≤x≤y≤0.08，C由有機碳源化合物分解生成，所述的有機碳源化合物為檸檬酸、纖維素、葡萄糖、抗壞血酸的一種，有機碳源化合物的加入量為基材原料總重量的1-10%；所述復合顆粒的平均粒徑在0.5-5?μm之間，碳材料微粒的直徑在5-50?nm之間；復合顆粒的比表面積為12-35?m²/g。

10.?權利要求9所述的鋰離子動力電池，其特征在于正極材料在0.5C充放電時，平均放電比容量為150-158?mAh/g，在0.5C充放電600次循環后比容量保持率大于98%。