[發明專利]一種磷酸鋰鐵錳/碳陰極材料的制造方法及其用途

在審

• 申請號: 201510080342.3
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104681799A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 王瑞瑜;楊純誠;陳偉皇;張中人
• 申請（專利權）人: 臺塑生醫科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 朱梅;錢程

技術領域

本發明涉及一種磷酸鋰鐵錳/碳(LFMP/C)陰極材料，特別是一種以固相法合成磷酸鋰鐵錳/碳(LFMP/C)陰極材料的制造方法及其用途。

背景技術

近年來，鋰離子二次電池的性能，隨著材料及電化學技術不斷的發展，已明顯的提升，且大量使用在各類3C產品上。

鋰離子二次電池的基本架構，包括：(1)陽極材料(Anode?material)、(2)電解液(Electrolyte)、(3)隔離膜(Separator)以及(4)陰極材料(或稱正極材料，Cathode?material)四個部分，其中，陰極材料的活性物質，不但主導著鋰離子二次電池的電容量大小，也決定著鋰離子二次電池的安全性。因此，應用于鋰離子二次電池的理想陰極材料，需具備優異的克電容量以及材料熱穩定性。

在現有技術中，適用于制成二次鋰離子電池的圓形陰電極，有鋰鈷氧化物(LiCoO₂)、鋰鎳氧化物(LiNiO₂)、鋰錳氧化物(LiMn₂O₄)和磷酸鋰鐵(LiFePO₄)等陰極材料。使用上，上述四種陰極材料皆有其缺點，導致鋰離子二次電池的發展受到限制。

例如，鋰鈷氧化物(LiCoO₂)除原料來源缺乏價格昂貴外，還有環保的問題；鋰鎳氧化物(LiNiO₂)的重量能量密度較高，熱穩定性較差；鋰錳氧化物(LiMn₂O₄)在放電下的結構穩定性較佳，但錳離子易溶解于電解質液中，電容量不高；磷酸鋰鐵(LiFePO₄)雖具結構穩定、無毒、成本較低及安全性較高的特點，卻也存在著「電子導電度低」與「鋰離子擴散系數低」的缺點。

為解決上述陰極材料的問題，現有技術的解決方案，包括將鋰鈷氧化物(LiCoO₂)與鋰鎳氧化物(LiNiO₂)摻和成鋰鈷鎳氧化物(二元)陰極復合材料，分子式為LiCo_1-xNi_xO₂，或將鋰鎳氧化物(LiNiO₂)和鋰錳氧化物(LiMn₂O₄)改變為鋰鎳錳氧化物(二元)陰極復合材料，分子式為LiNi_1-xMn_xO₂，或將鋰鈷氧化物(LiCoO₂)、鋰鎳氧化物(LiNiO₂)與和鋰錳氧化物(LiMn₂O₄)三種材料合成為鋰鈷鎳錳氧化物(三元)陰極復合材料，分子式為LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂。

然而，二元或三元陰極復合材料的缺點，又在于結構愈復雜，即表示合成方法越加困難，不利在產業上利用及生產，導致鋰離子二次電池的發展仍然受到限制。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于公開一種制程簡單且具備優異的克電容量及材料熱穩定性的磷酸鋰鐵錳/碳(二元)陰極復合材料，分子式為LiFe_1-yMn_yPO₄/C，且0<y<1，可以有效解決鋰錳氧化物(LiMn₂O₄)及磷酸鋰鐵(LiFePO₄)陰極材料的缺點。

所述磷酸鋰鐵錳/碳陰極復合材料的制造方法，以固相法或噴霧干燥法合成磷酸鋰鐵錳陰極復合材料，且在合成過程中使用不同碳源或碳材對磷酸鋰鐵錳陰極復合材料進行包覆碳層改性，憑借所添加的碳源或導電碳材均勻分散于磷酸鋰鐵錳活性物質的表面上，增加粒子與粒子間的電子傳導路徑，有效改善及提高磷酸鋰鐵錳活性物質的導電度，故所制得的磷酸鋰鐵錳/碳陰極復合材料具有非常好的高功率特性與良好的充/放循環壽命，在進行高速率充/放電下，具有極佳的穩定性及克電容量。

所述磷酸鋰鐵錳/碳陰極復合材料使用固相法的制備步驟，包括：

1.選擇一定比例的鋰源、鐵源、錳源及磷酸源為原料；

2.選擇一定使用量的碳源及還原劑；或視情況需要，另選擇一定使用量的導電碳材；

3.將鋰源、鐵源、錳源、磷酸源、碳源五種原料，以及需要加入的導電碳材，直接做固相混合及研磨；