[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410178197.8
• 申請(qǐng)日: 2014-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN105375031A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托德·帕隆;陳璞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州寶時(shí)得電動(dòng)工具有限公司;陳璞
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng) 域。本發(fā)明還涉及以此方法制備的鋰離子電池正極材料、包括該材料的電池 正極以及包括該正極的電池。

背景技術(shù)

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(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)保、無記憶效應(yīng)以及可以大 電流充放電等優(yōu)點(diǎn)。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(huán)性能及高溫性能差等因素，制約了它們的應(yīng)用和發(fā)展。

橄欖石型LiMPO₄是一種具有六方密堆積結(jié)構(gòu)的材料，在一系列LiMPO₄正極材料中，LiFePO₄具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性好、安全性能高、比容量較 高、環(huán)境友好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，理論質(zhì)量比容量達(dá)170mAh/g，是最有前途 的鋰離子電池材料之一。然而，由于鋰離子在兩相邊界處擴(kuò)散速率較慢以及 材料的低導(dǎo)電性，它的動(dòng)力性能大大受限，限制了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

為了提高磷酸鐵鋰的電化學(xué)性質(zhì)，研究者做了很多努力。但大多數(shù)改進(jìn) 基于納米化和碳包覆顆粒。這些基于低溫陶瓷或者水熱法和高溫碳化過程的 方法，不能同時(shí)解決鋰離子擴(kuò)散速率和導(dǎo)電性的問題。例如，CN101339995A 公開了“鋰離子動(dòng)力電池用磷酸鐵鋰正極材料的制備方法”，該方法通過微量 納米金屬氧化物或金屬鹽，并采用水系濕法混合、噴霧干燥、滾壓造粒技術(shù) 合成磷酸鐵鋰；CN1635648A公開了“鋰離子電池正極材料高密度球形磷酸 鐵鋰的制備方法”，該方法首先通過濕化學(xué)反應(yīng)合成球形或類球形磷酸鐵鋰前 驅(qū)體，然后與鋰源、碳源、摻雜金屬化合物均勻混合，還原氣氛熱處理得到 球形磷酸鐵鋰。以上研究和專利文件主要集中在已有合成方法的改進(jìn)和磷酸 鐵鋰的改性方面，并沒有使磷酸鐵鋰材料的技術(shù)和性能發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化， 因而磷酸鐵鋰在性能上還存在一定的不足。

模板法是近年來制備碳包覆磷酸鐵鋰的一種常用方法，其基本原理是以 固體顆粒、氣腔、液滴、膠粒等為模板，通過相變、吸附、凝聚、沉淀、界 面反應(yīng)等過程，將前驅(qū)體包覆在粒子模板外表上，然后通過溶解、萃取、熱 處理等方式去除模板，從而獲得相應(yīng)的包覆結(jié)構(gòu)。然而，模板法存在著一些 缺點(diǎn)，例如有的模板法需要進(jìn)行表面修飾才能是核殼連接緊密，有的模板法 需要對(duì)溶液環(huán)境比如pH、溶劑、離子強(qiáng)度等非常敏感，需要對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行 嚴(yán)格控制。因此，進(jìn)一步尋求模板廉價(jià)、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友 好的制備方法意義重大。

目前要想滿足日益增長(zhǎng)的動(dòng)力電池市場(chǎng)需求，急需改進(jìn)磷酸鐵鋰的制備 方法，因此有必要提供一種新的廉價(jià)的制備磷酸鐵鋰的方法，提升其電化學(xué) 性能，滿足市場(chǎng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種納米態(tài)并且是碳包覆的磷酸鐵鋰 復(fù)合正極材料的制備方法，該方法操作簡(jiǎn)單、成本較低，所制得的磷酸鐵鋰 復(fù)合正極材料電化學(xué)性能良好。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種鋰離子電池 正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：1)碳源和 微生物的混合，并在有氧環(huán)境下攪拌以促使微生物生長(zhǎng)，所述碳源包括葡萄 糖、蔗糖和淀粉中的一種或多種；2)將上述步驟得到的產(chǎn)物與鐵源、磷源、 鋰源混合；3)放置陳化；4)干燥；5)將干燥產(chǎn)物第一次研磨；6)第一次熱 處理；7)第二次研磨；8)第二次熱處理，所述第二次熱處理的溫度比所述 第一次熱處理的溫度高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過利用廉價(jià)的微生物作為模 板制備磷酸鐵鋰復(fù)合正極材料，有效降低了鋰離子電池正極材料的成本；通 過廉價(jià)酵母模板制備的磷酸鐵鋰具有良好的納米態(tài)的碳包覆結(jié)構(gòu)，有利于磷 酸鐵鋰材料性能提高；通過兩次研磨以及兩次熱處理，使得所制得的磷酸鐵 鋰復(fù)合正極材料顆粒形成更加細(xì)小的碳包覆結(jié)構(gòu)。微生物作為模板合成包覆 結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于：1)生物模板大規(guī)模繁殖容易，資源豐富、易獲得；2)充 分利用微生物細(xì)胞壁表面存在的化學(xué)官能團(tuán)可免除傳統(tǒng)模板表面修飾的步 驟；3)細(xì)胞壁的多孔微結(jié)構(gòu)有利于前驅(qū)體的沉積而形成包覆結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述微生物為酵母。