[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310056223.5
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103151521A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 譚強強;呂誠;呂宵;徐宇興
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電極材料制備領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種新型儲能器件，具有工作電壓高，比能量大，循環(huán)使用壽命長，自放電小，工作溫度范圍寬，安全性好，無記憶效應，無公害等優(yōu)點，近年來受到廣泛關(guān)注，在便攜式電子設備的移動電源、電動交通工具的儲能電池方面的到了廣泛的應用，被認為是最有發(fā)展前景的新能源蓄電池。

用來制作鋰離子電池正極的材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、鎳鈷錳三元體系以及LiFePO₄，其中LiCoO₂已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化，是目前市場上鋰離子電池的主要正極材料，但是Co是一種戰(zhàn)略資源，價格昂貴，極大地限制了鋰離子電池的應用，而LiNiO₂、LiMn₂O₄、鎳鈷錳三元體系雖然價格較為便宜，但是各自具有性能不穩(wěn)定、不可逆比容量過大、價格較貴的缺點。LiFePO₄正極材料與以上材料相比在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢，使其具有廣闊的應用前景，可望成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。相對于磷酸鐵鋰，磷酸錳鋰材料具有更高的放電平臺4.1V，并且LiMnPO₄的能量密度也更高，所以可以結(jié)合二者的優(yōu)勢，合理調(diào)控Mn與Fe的比例，制備磷酸鐵錳鋰正極材料。

目前，主要是通過摻雜、包覆與納米化來提高正極材料的電導率。碳包覆是提高材料電導率的一種有效方法，但是由于碳的振實密度較低，碳包覆在提高電導率的同時會降低材料的振實密度，如中國專利公開號為CN102364726A的專利“碳還原制備鋰離子電池用磷酸鐵錳鋰復合正極材料的方法”中，采用大分子有機物作為碳源，通過高溫燒結(jié)使有機物分解為碳包覆在磷酸鐵鋰表面，雖然提高了電導率，振實密度達到了1.2g/cm³，但是其振實密度還是相對較低，還有待進一步提高。

除了碳包覆外，近年來也有金屬鹽或金屬氧化物對磷酸鐵鋰進行包覆的研究，如中國專利公開號為CN101859887A的專利：“一種過渡金屬磷酸鹽包覆的鋰離子電池復合正極材料”中，采用過渡金屬磷酸鹽作為包覆層，保護了儲鋰材料，有效防止了電解液對活性物質(zhì)的溶解和侵蝕，提高了循環(huán)性能，但是包覆后的材料相對于未包覆時的能量密度并沒有明顯提高，說明其對提高材料的電導率沒有起到明顯作用。中國專利公開號為CN102185141A的專利“提高磷酸鐵鋰材料高溫循環(huán)性能和離子電導的改性方法”中，利用含硅、鋁、鈦的有機物與磷酸鐵鋰混合，經(jīng)過一定的熱處理，將二氧化硅、氧化鋁或氧化鈦包覆到磷酸鐵鋰材料表面，改善了材料的高溫循環(huán)性能和高倍率性能，但其無法對正極材料在充放電過程中的形變起到限制、減少的作用。

因此，開發(fā)一種振實密度高，且電化學性能優(yōu)異的正極材料是所屬領(lǐng)域的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種鋰離子電池正極材料，其兼有高振實密度、高電導率與優(yōu)良的電化學性能。

所述鋰離子電池正極材料由基體和包覆層組成，所述基體為磷酸鐵鋰LiFe_1-x-yMn_xN_yPO₄，其中，x為0~0.9，y為0~0.2，且x+y＜1，所述包覆層含有鈦酸鋰。

鈦酸鋰的振實密度高達1.68g/cm³，利用鈦酸鋰對磷酸鐵鋰進行包覆可以增加其振實密度，而且鈦酸鋰是一種零應力材料，覆在磷酸鐵鋰表面，可以抑制材料在充放電過程中的形變，提高其循環(huán)性能，提高其耐過沖、過放性能。

所述LiFe_1-x-yMn_xN_yPO₄中N為摻雜元素，可以為所屬領(lǐng)域已知的任意摻雜元素，例如可以為稀土元素（如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y）、Na、Mg、Al、Ti、Zr、Nb、W、Cu、Si、Co、Ni、Mo、Cr或V等中的1種或至少2種的組合，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要選擇，特別優(yōu)選為V、Ti、Mg、Al、Cu或Mo中的1種或至少2種的組合。

優(yōu)選地，所述包覆層含有碳和鈦酸鋰，特別優(yōu)選所述包覆層由碳和鈦酸鋰組成。