[發明專利]制備用于鋰二次電池的橄欖石陰極材料的方法

有效

• 申請號: 201180039998.0
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN103119763A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 全雄;金起弘;孫晉君;宋昌浩;韓基天;金畿永
• 申請（專利權）人: 浦項產業科學研究院
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45;H01M10/0525
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;王珍仙

技術領域

本發明涉及制備用于鋰二次電池的橄欖石陰極材料的方法。

背景技術

筆記本、手機和混合動力汽車及電動汽車的重量減輕以及小型化的當前趨勢已經成為鋰二次電池積極發展需要的推動力量。通常，鋰二次電池包含能夠嵌入和脫嵌鋰的石墨型陽極、涂覆了含鋰復合氧化物的陰極和有機電解液。用于鋰二次電池的陰極材料必須滿足諸如高能量密度、在嵌入和脫嵌過程中優異的循環特性及抗電解液的化學穩定性等先決條件。

一些廣泛使用的用于鋰二次電池的陰極材料包括LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂。然而，除了其價格高以外，LiCoO₂由于使用鈷還引起環境污染。LiNiO₂作為陰極材料同樣不符合要求，主要是因為它的復雜制造工藝和低熱穩定性。類似地，對于LiMnO₂，電極在高溫易于快速劣化并具有低的電導率。相反，由于其豐富的來源、便宜的價格和對環境無害，諸如LiFePO₄的橄欖石型陰極材料作為新的替代材料已經引起關注。此外，具有3.4V（對Li/Li+）放電電壓的橄欖石型陰極材料與常規材料相比會需要較低的電壓和電流，同時具有卓越的電池容量。因此，對制備橄欖石型陰極材料的有效方法的需求變得更加強烈。

發明內容

【技術問題】

根據本發明的一個實施方式，可提供直接制備均質的橄欖石型陰極材料的方法，該方法不需要氫氧化鋰或碳酸鋰的合成工序。該方法適于大規模生產，可允許經濟地制備高質量的橄欖石型陰極材料。

【技術方案】

根據本發明的一個實施方式，可提供制備用于二次電池的橄欖石型陰極材料的方法，所述方法包括步驟：通過加入酸溶解供鐵材料、磷酸鋰和含磷材料；通過在所述溶解步驟的溶液中加入螯合劑和聚合劑然后加熱而形成螯合聚合物；在還原氣氛下熱解所述螯合聚合物；和熱還原在所述熱解過程中降解的所述螯合聚合物。

根據本發明的一個實施方式，所述磷酸鋰可通過在含鋰溶液中加入供磷材料沉淀。

根據本發明的一個實施方式，所述供鐵材料可為選自電解鐵、氧化鋼和金屬鐵鹽中的至少一種。

根據本發明的一個實施方式，所述螯合劑可為選自由檸檬酸、己二酸、甲基丙烯酸、羥基乙酸、草酸、乙二胺四乙酸、亞烷基-二胺-多鏈烷酸、羥烷基亞烷基-二胺-多鏈烷酸、次氮基三乙酸、多磷酸和它們的混合物組成的組中的至少一種。

根據本發明的一個實施方式，所述聚合劑可為選自由乙二醇、二乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三丙烯酸三甲基丙酯、馬來酸二芳酯、富馬酸二芳酯、氰尿酸三芳酯、鄰苯二甲酸二芳酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸芳基酯和它們的混合物組成的組中的至少一種。

根據本發明的一個實施方式，所述熱解步驟可在400℃至550℃的溫度范圍內進行。

根據本發明的一個實施方式，所述熱解步驟的還原氣氛為氬氣氛。

根據本發明的一個實施方式，所述熱還原步驟可在700℃至1,000℃的溫度范圍內進行。

根據本發明的一個實施方式，所述還原氣氛可為CO與CO₂的體積比為1比1的氣氛。

根據本發明的另一個實施方式，所述橄欖石型陰極材料可包括LiFePO₄。

【有益效果】

根據本發明的一個實施方式，常規的復雜制造工藝可用制備用于鋰二次電池的橄欖石陰極材料的本方法來簡化。由于允許直接制備橄欖石陰極材料而不需要氫氧化鋰或碳酸鋰的合成工序，因此本方法適于大規模生產。此外，由于制備的陰極材料精細顆?？删哂写蟮谋缺砻娣e，因此根據本發明制備的二次電池可更為經濟并具有卓越的電池特性。

附圖說明

圖1為說明根據本發明一個實施方式的制備用于鋰二次電池的橄欖石陰極材料的方法流程圖。

圖2為根據本發明一個實施方式合成的LiFePO₄陰極材料粉末的光學顯微鏡圖像。

圖3為顯示根據本發明一個實施方式的LiFePO₄陰極材料粉末的X射線衍射結果曲線圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地說明本發明的一個實施方式的特征。

如圖1所示，根據本發明的一個實施方式，通過加入酸進行了溶解供鐵材料、磷酸鋰和含磷材料的步驟（步驟1）。換句話說，供鐵材料、磷酸鋰和含磷材料可與酸以一定摩爾比混合。