[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410794725.2
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN105789619A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黎陽;于偉;成信剛
• 申請（專利權(quán)）人: 上海悅達(dá)墨特瑞新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: 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)明涉及新型能源材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是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、環(huán)保、無記憶效應(yīng)以及可以大電流充放電等優(yōu)點，是一種高性能的二次綠色電池。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。正極材料方面目前研究最廣泛的有LiCoO₂、LiMn₂O_4、三元素材料等，但由于鈷有毒且資源有限，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、環(huán)境友好、價格低廉等優(yōu)點，是最有前途的鋰離子電池材料之一。但因LiFePO₄晶體結(jié)構(gòu)存在電子電導(dǎo)率低及鋰離子擴(kuò)散系數(shù)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(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

目前以LiFePO₄為主體的正極材料的制備方法主要有傳統(tǒng)固相法和濕化學(xué)方法。傳統(tǒng)固相法是將原料粉末進(jìn)行簡單混合制備正極材料，此方法存在原料顆粒粗大、反應(yīng)活性較差、原料混合不均、產(chǎn)物的顆粒和組成不均勻、反應(yīng)溫度高及時間長等缺點。共沉淀法、溶膠-凝膠法等濕化學(xué)方法可以實現(xiàn)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(xué)材料、條件控制苛刻、顆粒形狀不規(guī)則等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種電子電導(dǎo)率高、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大的鋰離子電池正極材料及其制備方法，該方法生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品穩(wěn)定性高，易操作，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料是摻雜技術(shù)與包覆技術(shù)相結(jié)合而得到的具有橄欖石結(jié)構(gòu)的正極材料，其化學(xué)式為：LiFePO₄·(M₁)_x(M₂)_y(M₃)_z（PO₄）_(0-0.1)/C，其中x=0～0.1，y=0～0.1，z=0～0.1。

所述鋰離子電池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(zhì)量3%～20%的碳單質(zhì)或含碳化合物，在介質(zhì)中均勻混合并研磨1～40h，然后在10～300℃下干燥，再在非氧化性氣體氛圍中300～800℃條件下處理1～24h，得到LiFePO₄/C；

（2）稱取步驟（1）制備的LiFePO₄/C，將磷化合物、添加元素（M₁、M₂、M₃）的化合物按照LiFePO₄/C：P：M₁：M₂：M₃物質(zhì)的量比為1：（0～0.1）：x：y：z配料，在介質(zhì)中均勻混合并研磨1～30h，然后在10～300℃下干燥，再在非氧化性氣體氛圍中300～800℃條件下處理1～24h，得到所述鋰離子電池正極材料LiFePO₄·(M₁)_x(M₂)_y(M₃)_z（PO₄）_(0-0.1)/C。

在本發(fā)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。