[發(fā)明專利]一種正極材料以及它的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110395173.4
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102522541A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 黃仁治
• 申請（專利權）人: 蘇州冠碩新能源有限公司;冠碩新能源(香港）有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

技術領域

本發(fā)明與電池正極材料有關，特別的，與使用在電動工具、消費性電子、電動車的鋰離子電池的正極材料有關，例如磷酸亞鐵鋰(化學式：LiFePO₄)。

背景技術

鋰離子電池是指其中的鋰離子(Li⁺)嵌入和脫嵌正負極材料的一種可充放電的電池，其正極一般采用嵌鋰化合物，如層狀晶體結構的鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳酸鋰(LiNiO₂)與尖晶石晶體結構的錳酸鋰(LiMn₂O₄)。充電時，Li⁺從正極脫嵌，經過電解質嵌入到負極，同時電子的補償電荷從外部電路供給到負極；放電時則相反，Li⁺從負極脫嵌，經過電解質嵌入到正極材料。

LiFePO₄一般采用高溫固相合成、化學共沈淀等制備方法合成，其中一般高溫固相合成采用將鋰(Li)化合物、鐵(Fe)化合物與磷酸(PO₄)化合物混合、加壓成型后，放入燒結爐，以攝氏550至1200度的溫度燒結合成LiFePO₄粉體；而一般化學共沈淀則將鋰(Li)化合物、鐵(Fe)化合物與磷酸(PO₄)化合物加入溶液中反應，再經過干燥后得到LiFePO₄粉體。

在制備的LiFePO₄正極材料中，隨純度提升，LiFePO₄粉體的硬度越高，機械加工越不易，較不易將粉體磨碎，無法有效控制LiFePO₄的顆粒尺寸，容易出現(xiàn)過大的顆粒，若篩粉步驟有遺漏，過大的粉體顆粒會導致制作的電池短路。

這就需要提供一種新的制備方法，在提高純度的情況下容易進行機械加工，容易獲得需要顆粒尺寸大小，而不讓顆粒過大。

發(fā)明內容

一方面，本發(fā)明提供一種正極材料，如下通式LiMg_yFePO₄，其中0.002?≦y≦0.05。

另一方面，本發(fā)明提供一種制備正極材料的方法，該方法包括：1、?提供鐵源、鋰源、磷源、氧源的化合物的混合物質；2、對混合物質進行燒結，在燒結過程前或燒結過程中加入鎂元素，其中，在燒結過程中讓部分或全部的鎂元素揮發(fā)掉。在一些優(yōu)選的方式中，通過加入鎂元素后先讓其與其它化合物或元素反應形成含鎂的化合物，然后通過燒結讓鎂元素全部或部分從化合物或晶體中揮發(fā)，這樣讓晶體的硬度降低，容易研磨，從而可有效控制結晶顆粒的尺寸，不會讓顆粒尺寸過大。

在一些具體的方式中，該方法包括：1、對提供鐵源、鋰源、磷源、氧源的混合物質進行燒結；?2、再在步驟1的產物中加入鎂源物質后，再進行燒結除去部分或全部鎂元素。在一些優(yōu)選的方式中，在步驟1中，以攝氏溫度150度至400度，經2-8小時燒結。更優(yōu)選的，步驟1的燒結是在真空環(huán)境下進行的。優(yōu)選的，步驟2的燒結步驟可以分為：步驟（3）、對步驟（2）的產物（加入了鎂源后）在還原(氫氣)或惰性氣氛(氮氣或氬氣)中，以攝氏450度至600度燒結，經4-24小時，使成為半成品，使原料反應并移除反應廢棄物(如氨氣、二氧化碳等)，并讓鎂與其它物質進行反應。優(yōu)選的，在步驟（3）后還可以包括步驟（4）：讓步驟（3）的產物在還原(氫氣)或惰性氣氛(氮氣或氬氣)中，以攝氏600度至1200度燒結，經4-24小時，使材料結晶成顆粒，同時讓鎂元素揮發(fā)后成為最后產物。

在另一些具體的方式中，該方法包括：1、提供鐵源、鋰源、磷源、氧源和鎂源物質進行混合；2、對混合物進行燒結。燒結步驟為：????燒結步驟1：先對混合物以攝氏溫度150度至400度燒結，經2-8小時；???燒結步驟2：然后再讓燒結步驟1的的產物在還原(氫氣)或惰性氣氛(氮氣或氬氣)中，以攝氏450度至600度燒結，經4-24小時，使成為半成品并讓鎂與其它化合物進行反應形成含鎂的化合物；???燒結步驟3：最后讓燒結步驟2的產物在還原(氫氣)或惰性氣氛(氮氣或氬氣)中，以攝氏600度至1200度燒結，經4-24小時，使材料結晶成顆粒，成為最后產物。

可選的，燒結步驟為：燒結步驟1：先對混合物以攝氏溫度150度至400度燒結，經2-8小時；燒結步驟2、然后再讓燒結步驟1的的產物在還原(氫氣)或惰性氣氛(氮氣或氬氣)中，以攝氏450度至1200度燒結，經4-24小時，使材料結晶成顆粒，成為最后產物。優(yōu)選的，?在以上所有燒結過程中都處于真空的條件下，可選的，在讓燒結步驟1處于真空的條件下進行。