[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210078054.0
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102544500A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 姜波
• 申請（專利權）人: 上海錦眾信息科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 劉懿

技術領域

本發明涉及化學電源技術領域，具體是指一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

磷酸鐵鋰(LiFePO₄)是一種橄欖石型晶態結構的鋰離子電池正極材料，具有充放電比容量大、循環壽命長、安全性能好、價廉、無毒無污染等突出優點，被認為是繼LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄之后的最有發展潛力的鋰離子電池正極材料，具有廣泛的應用前景。?

然而，磷酸鐵鋰也還存在著一些顯著的缺點，主要是其鋰離子的遷移速率和電子傳導率都較低，充放電過程受Li⁺在LiFePO₄-FePO₄兩相之間的擴散速度所控制，合成時其晶粒生長水平不易控制，因而極大地限制了它的實際應用。因此，迄今為止的研究主要是集中在提高其離子電導率和電子電導率兩個方面：一方面是通過控制材料合成過程中材料晶粒的生長，來獲得細小而粒度均一的材料，從而減少鋰離子在其中的遷移路徑，達到提高鋰離子遷移速率的目的；另一方面是在合成過程中通過非晶相摻雜的方法，在晶粒之間引入導電劑(如導電碳黑)或者是采用晶相摻雜的方法在晶體內部引入其它金屬雜原子，來提高材料的電子導電率。如Yang?Shou?feng等人[Electrochemistry?Communications，505～508(3)，2001]采用的水熱合成法、Park等人[Electrochemistry?Communnications，839～842(5)，2003]采用的液相共沉淀法、Croce?F等人[Electrochemical?and?Solid?State?Letters，A47～A50(5)，2002]采用的溶膠-凝膠法等，分別合成了粒度較均一、細小的磷酸鐵鋰材料，提高了材料的電化學性能。G.Li?and?A.Yamada?[WO?00/60679(2000)]報道了在制備LiFePO₄時用添加碳黑的方法來合成LiFePO₄/C復合材料，從而改善了該材料的導電性能；F.Croce等人[Electrochemical?and?Solid?State?Letters?5(3)，2002]報道了在合成LiFePO₄?時用直接摻雜金屬銅或金屬銀粉的方法來增強材料的電子導電性；而Atsuo?Yamada等人[Journal?of?The?Electrochemical?Society，148(8)，2001]則通過摻雜過渡金屬元素錳的方法來合成Li(Mn_yFe_1-y)PO₄，來改善材料的電化學性能。用上述方法所合成的磷酸鐵(II)鋰復合材料，雖然其電化學性能有一定的改善，但還存在下述問題：?

1、采用水熱合成法、液相共沉淀法、溶膠-凝膠法等合成方法雖然能合成粒度較均一、粒徑較細小的LiFePO₄材料粉體，縮短了Li+的擴散路徑，但對材料導電性能的改善卻不明顯，而且上述方法還存在對設備要求高或工藝較復雜等缺點，不易進行產業化生產。?

2、采用單純摻雜碳的方法，碳黑用量較多，由于碳黑的密度比LiFePO₄?的要小得多，從而會明顯地降低材料的真密度，從而也降低了材料的體積比能量和體積比功率；?

3、直接摻雜金屬粉末方法的工藝過程易發生金屬粉末沉降，金屬粉末出現一個自上而下的濃度梯度，使金屬粉末在LiFePO₄材料中的分布不均勻，從而影響了材料的電性能；?

4、摻雜過渡金屬(M)元素如錳或鈷等所生成的Li(M_nyFe_1-y)PO₄，會使材料晶體結構的穩定性降低，從而也影響材料的電性能。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述現有技術中存在的不足之處，提供一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。本發明以輕重稀土元素M為晶相為摻雜劑，采用非晶相-晶相共摻雜的方法，通過高溫固相反應來合成改性正極材料，能有效地控制復合摻雜改性正極材料的化學成分、結構以及顆粒粒徑的大小，提高材料的電子導電率和鋰離子擴散速率，改善材料的電化學性能；同時也簡化了材料的合成工藝，便于進行工業化大生產。