[發(fā)明專利]碳處理的正極材料以及它的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110395186.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN102420327A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃仁治
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）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(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 蘇州威世朋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

鋰離子電池是指其中的鋰離子(Li⁺)嵌入和脫嵌正負(fù)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(jié)構(gòu)的鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳酸鋰(LiNiO₂)與尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的錳酸鋰(LiMn₂O₄)。充電時(shí)，Li⁺從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外部電路供給到負(fù)極；放電時(shí)則相反，Li⁺從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料。

美國(guó)專利號(hào)US?6,855,273揭示了一種以碳包覆如LiFePO4等的堿過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物材料與制備方法，所述制備方法是在合成LiFePO4等堿過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物材料的過程中或合成后將碳材料熱解沉積在材料表面形成非粉狀的包覆層。雖然通過這種方法可以顯著提升的LiFePO4等材料的導(dǎo)電性，但前述的制備方法昂貴、易產(chǎn)生雜質(zhì)、質(zhì)量容易退化，且對(duì)納米級(jí)的粉體包覆效果有限。?

發(fā)明內(nèi)容

一方面，本發(fā)明提供一種正極材料，包括經(jīng)過碳包覆的正極材料，其中，被碳包覆后的正極材料的顆粒尺寸與未被碳包覆后的正極材料的顆粒尺寸之間比為１.01-1.5:1。優(yōu)選的，比例為１.01-1.3:1；更優(yōu)選的，比例為１.01-1.2:１；更優(yōu)選的，1.01-1.1:1。本發(fā)明理論上算起來約增加1-2%的尺寸，但隨著碳增多，一般可增加至10%的尺寸，而最多可增加至約30?-?50%，此時(shí)仍可維持全納米尺寸。

在一些優(yōu)選的方式中，被碳包覆前和被碳包覆后的顆粒形狀不發(fā)生變化。在另一個(gè)優(yōu)選的方式中，被碳包覆前和被碳包覆后的顆粒形狀都為圓球形狀。

另一方面，本發(fā)明提供一種以碳包覆正極材料（例如納米級(jí)材料），例如磷酸亞鐵鋰材料的制備方法，使碳包覆過程中磷酸亞鐵鋰粉體不發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，碳包覆后的體積僅小幅度增加，可進(jìn)一步使級(jí)磷酸亞鐵鋰材料在碳包覆后仍能維持納米級(jí)尺寸。此方法解決了傳統(tǒng)方法中，特別針對(duì)納米級(jí)磷酸亞鐵鋰的碳包覆后發(fā)生團(tuán)聚、體積大幅增加、比表面積下降，甚至退化為微米級(jí)尺寸的技術(shù)問題。

在一些方式中，該方法包括：提供正極材料納米顆粒；在正極材料顆粒上包覆碳層。優(yōu)選的，?該方法還包括：混合和／或研磨步驟（1）、讓碳源化合物，在攝氏小于或等于0℃的溫度下與納米顆粒混合。優(yōu)選的，混合的溫度為-３0℃-0℃。優(yōu)選的，在混合前先進(jìn)行研磨，讓碳源化合物的顆粒在5微米(μm)以下，一般最小可至1微米(μm)；同時(shí)研磨的溫度也在0℃度以下。在此溫度下，碳源化合物保持干燥度與硬度，將碳源化合物研磨主要為使碳源化合物的顆粒變細(xì)，較易與磷酸亞鐵鋰粉體均勻混合。?

在一些具體的實(shí)施方式中，在低溫混合步驟（1）后，對(duì)混合物進(jìn)行加熱。在一個(gè)具體的方式中，加熱的步驟為：步驟（2）、在真空環(huán)境中加熱至300℃以上，經(jīng)2到8小時(shí)加熱。通過該步驟可以除去碳化合物中的水份及其他液氣體雜質(zhì)，使碳化合物呈液態(tài)或凝膠態(tài)。優(yōu)選的溫度為300℃。此步驟為除去碳化合物中的雜質(zhì)如水份，使磷酸亞鐵鋰在碳包覆燒結(jié)步驟中不與雜質(zhì)反應(yīng)，降低純度。

在另一些具體的方式中，在步驟（2）后還包括碳包覆燒結(jié)步驟（3）：在壓力的范圍在400-500千帕(KPa)的惰性氣體(如氮?dú)饣驓鍤?中，以攝氏500至1000度燒結(jié)4至24小時(shí)，使碳源化合物汽化，讓其包覆在磷酸亞鐵鋰晶體的表面。以400-500千帕的壓力為使汽化后的碳仍留在燒結(jié)設(shè)備中，附著在磷酸亞鐵鋰粉體表面而不逸失，冷卻后變?yōu)楣虘B(tài)的碳包覆在磷酸亞鐵鋰表面。

在另一些具體的方式中，燒結(jié)步驟后還包括研磨步驟：例如將冷卻后的正極材料粉體球磨，使團(tuán)聚、結(jié)塊的顆粒分散。