[發明專利]鎂、鋁活化磷酸鐵鋰正極材料

有效

• 申請號: 201310568590.3
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103647076A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 王維利;范未峰
• 申請（專利權）人: 成都興能新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

????本發明屬于一種鋰電池正極材料，具體涉及一種鎂、鋁活化磷酸鐵鋰的正極材料。

背景技術

鋰離子二次電池具有電壓高、能量密度大、循環性能好、等優點，自上世紀九十年代sony?推出首款鋰離子二次電池后得到廣泛的應用，鋰離子二次電池的研發也受到廣泛關注。

在各種儲鋰正極材料中,LiFePO₄由于安全性能好、循環壽命長、原材料來源廣泛、無環境污染等優點脫穎而出，自1997?年John?B.Goodenough?教授首次發現其可逆嵌脫鋰離子的特性后，電池界引起了一場巨大的轟動。它一直是鋰離子電池正極材料研究開發的熱點。特別是近幾年來,隨著各種改善其倍率性能研究的深入,該類材料的電化學性能已經達到實用水平，而且實現了部分商業化。

隨著研究的深入，人們發現這種正極材料也具有同樣明顯的缺點：第一，LiFePO₄倍率充放電性能比較差。也就是隨著充放電電流密度的增加，容量快速衰減。主要原因是（1）Li⁺和電子在其晶體結構中的傳導速率很低。從晶體結構看，材料中雖然FeO₆八面體通過共頂點連接起來,但是聚陰離子基團的存在壓縮了同處于相鄰FeO₆層之間的鋰離子嵌脫通道，這在很大程度上限制了Li⁺的移動空間,使得室溫下Li⁺在其中的遷移速率很小。數據表明LiFePO₄室溫下的擴散系數為1.8×10^-14cm²/?s?,FePO₄?為2.?2×10^?-?16?cm²/s?，遠低于Li₂CoO₂?的5×10^?-?9?cm^2?/?s；（2）LiFePO₄的電子電導率很低。在LiFePO₄?的晶體結構中，FeO_6?八面體共頂點，被PO₄^3-?四面體分隔,無法形成像共邊結構中的那種連續的FeO₆網絡結構,因而材料的電子傳導性極差。材料在室溫下的電導率小于10^-9Scm^-?1[30]，遠低于金屬氧化物正極材料LiCoO2?(～10^?-?3?Scm^-?1?)和LiMn₂O₄?(～10^?-?5Scm^-?1?)在室溫下的電導率。另外,在層狀過渡金屬氧化物中，Li⁺脫嵌過程中產生的混合價陽離子(Co⁴⁺/?Co³⁺?、Ni⁴⁺/?Ni³⁺等)?過渡態對層間導電有著很大貢獻，而對于常規的LiFePO₄?，一般認為Li⁺脫出后迅速形成FePO₄而不能形成對導電有利的Fe³⁺/?Fe²⁺過渡態,所以在整個充放電過程中，材料的電子電導都比較差。第二，LiFePO₄的密度大大低于LiCoO₂，LiNiO₂和LiMn₂0₄，密度小必然造成電池能量密度也較小。而且Fe²⁺極易被氧化成Fe³⁺，這給制備高純相的LiFePO₄帶來了很大困難。第三，LiFePO4的振實密度較低、低溫性能不夠理想,這些也在一定的程度上制約了磷酸鐵鋰的實際應用。

因此，如何提高LiFePO₄的倍率性能和堆積密度，改善其導電能力，這些問題還有待解決。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于：基于現有技術的磷酸鐵鋰正極材料(LiFePO4)?的結構限制，存在其導電性差和鋰離子擴散系數低的不足，現提出一種鎂、鋁活化改善其性能的鎂、鋁活化磷酸鐵鋰正極材料。

本發明采用如下技術方案：

????一種鎂、鋁活化磷酸鐵鋰的正極材料，其特征在于：其化學組成為：Li_xMg_yAl_zFePO4，