[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

技術領域

本發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,本發明涉及一種多元摻雜鋰磷酸鹽正極材料及其制備方法，以及使用該材料的鋰離子動力電池。

背景技術

隨著電子和信息產業的迅速發展，大量新型的移動電子消費產品不斷問世，對獨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。加上設計靈活性及長的循環壽命壽命、無記憶效應、低的自放電率、對環境無污染等優點，已經成為當今便攜式電子產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、循環性能好、自放電小等諸多優點，已被廣泛應用到筆記本電腦、移動電話、UPS等技術領域的能源儲存與轉換方面，在電動汽車和車用蓄電池等行業也有廣闊的應用前景。

然而，傳統正極材料-鈷酸鋰的資源不足已開始制約鋰離子電池的發展，而且，這種材料的安全性也存在一定問題。1997年Good?enough等首次報道了具有橄欖石結構的LiFePO₄能可逆地嵌入和遷出Li⁺之后，LiFePO₄是繼LiMnO₂和LiMn₂O₄后產生的又一個研究熱點。LiFePO₄具有原料豐富、成本低、比容量較高、對環境友好、無毒無害、熱穩定性好等突出的優點，是一種頗具潛力的下一代鋰離子電池正極替代材料。該材料的產業化和普及應用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴大鋰離子電池產業，促進鋰離子電池大型化、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電率阻礙了其在商業化電池中的應用。?

正交橄欖石型LiFePO₄，雖然具有安全、環保、廉價、比容量高、熱穩定性好、循環可逆性好等優點，對著重要考慮價格和安全性的中大容量、中高功率的鋰離子電池來說，具有無可比擬的優勢。雖然其電子導電率和離子傳導率低，會造成充放電過程中容量損失嚴重，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率達到10^-3S/cm以上；通過減小一次顆粒粒徑，減小Li⁺擴散路徑，縮短擴散時間，可以提高材料的電化學性能。

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

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（雖然宣稱其理論比容量高于240?mAh/g）,?而且循環性能較差（0.5C600次實驗，比容量保持率低于80%）。

發明內容

發明的目的是提供一種鋰離子動力電池用鋰磷酸鹽正極材料及其制備方法、鋰離子動力電池，本發明通過選擇參雜元素的組合以及嚴格控制其組分的含量，成功地提高鋰磷酸鹽正極材料的導電性能、循環壽命和/或提高現有動力電池用正極材料的能量密度。?

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

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。?

本發明的上述多元摻雜鋰磷酸鹽正極材料采用以下方法制備得到：

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：