[發明專利]一種鋰離子電池復合正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210158932.X
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102683700A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 成信剛
• 申請（專利權）人: 因迪能源（蘇州）有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

技術領域

本發明涉及新型能源材料技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池復合正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種高性能的二次綠色電池，具有高電壓、高能量密度、低自放電率、使用溫度范圍寬、循環壽命長、環保、無記憶效應以及可以大電流充放電等優點。鋰離子電池性能的改善，很大程度上決定于電極材料性能的改善，尤其是正極材料的改善。目前研究最廣泛的正極材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等，但由于鈷有毒且資源有限，鎳酸鋰制備困難，錳酸鋰的循環性能及高溫性能差等因素，制約了它們的應用和發展。

橄欖石型LiMPO₄是一種具有六方密堆積結構的材料，在一系列LiMPO₄正極材料中，LiFePO₄具有結構穩定、熱穩定性好、安全性能高、比容量較高、環境友好、價格低廉等優點，是最有前途的鋰離子電池材料之一。但LiFePO₄晶體結構存在電子電導率低及鋰離子擴散系數小的缺點，使其高倍率充放電時的可逆比容量降低，限制了大規模商業化應用。

目前以LiFePO₄為主體的正極材料的制備方法主要有傳統固相法和濕化學方法。傳統固相法是將原料粉末進行簡單混合制備正極材料，此方法存在原料顆粒粗大、反應活性較差、原料混合不均、產物的顆粒和組成不均勻、反應溫度高及時間長等缺點。共沉淀法、溶膠-凝膠法等濕化學方法可以實現原料在分子水平上的均勻混合，但存在制作步驟繁瑣、周期長、消耗較多化學材料、條件控制苛刻、顆粒形狀不規則等缺點。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種電子電導率高、鋰離子擴散系數大的鋰離子電池復合正極材料及其制備方法，該方法生產工藝簡單，生產成本低，易操作，可實現大規模生產。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種鋰離子電池復合正極材料，所述鋰離子電池復合正極材料是摻雜技術與包覆技術相結合而得到的具有橄欖石結構的復合正極材料，其化學式為：LiFe_(1-x-y-z)PO₄/C·Li_(0-0.1)(M₁)_x(M₂)_y(M₃)_zP_(0-0.1)?，其中x=0～0.1，y=0～0.1，z=0～0.1。

所述鋰離子電池復合正極材料的制備方法具體步驟如下：

（1）將鋰化合物、鐵化合物、磷化合物按照Li、Fe、P原子比為1：1：1配料，加入總質量3%～20%的碳單質或含碳化合物，在介質中均勻混合并研磨1～30h，然后在30～250℃下干燥，再在非氧化性氣體中300～800℃條件下處理1～20h，得到LiFePO₄/C；

（2）稱取步驟（1）制備的LiFePO₄/C，將鋰化合物、磷化合物、添加元素的化合物按照LiFePO₄/C：Li：P：M₁：M₂：M₃物質的量比為1：（0～0.1）：（0～0.1）：x：y：z配料，在介質中均勻混合并研磨1～30h，然后在30～250℃下干燥，再在非氧化性氣體中300～900℃條件下處理1～20h，得到所述鋰離子電池復合正極材料LiFe_(1-x-y-z)PO₄/C·Li_(0-0.1)(M₁)_x(M₂)_y(M₃)_zP_(0-0.1)。

在本發明一個較佳實施例中，所述鋰化合物包括磷酸鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰、碳酸鋰、檸檬酸鋰、乙酸鋰中的一種或多種，所述鐵化合物包括磷酸鐵、草酸亞鐵、磷酸亞鐵、醋酸鐵、硝酸鐵、氯化亞鐵、氧化鐵、氫氧化鐵中的一種或多種，所述磷化合物包括磷酸、磷酸二氫鋰、磷酸一氫氨、磷酸二氫氨、磷酸鐵、五氧化二磷、偏磷酸、多聚磷酸、磷酸鋰、磷酸銨、磷酸亞鐵銨中的一種或多種。