[發(fā)明專利]鋰離子電池正極材料及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510909555.2
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN106876664A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張開周;王國文;唐堃;潘廣宏;何廣利;薛嘉漁
• 申請（專利權(quán)）人: 神華集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11283
• 代理人: 嚴政,劉兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術(shù)

目前，以磷酸根聚陰離子為基礎(chǔ)的正極材料已經(jīng)成為研究熱點之一，與鋰的過渡金屬氧化物正極材料相比，它有較好的安全性能，這主要是因為以磷酸根為基礎(chǔ)的化合物具有結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢：它可以限制氧的逸出和燃燒，因而電池的安全性較好；由于誘導效應(yīng)的存在，它能夠產(chǎn)生比較高的氧化還原電位；另外鋰離子擴散的通道增大，所以能夠很好地嵌入或脫嵌鋰。這主要由于磷酸根離子的加入，替代了氧離子從而使化合物的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其具有很好地電化學性能和熱力學穩(wěn)定性和比較高的容量。

其中磷酸鐵鋰(LiFePO4)是目前應(yīng)用廣泛的磷酸鹽正極材料，但其工作電壓3.5V較低。氟化磷酸釩鋰(LiVPO4F)具有較高的放電電壓，可以作為4V以上的鋰離子電池正極磷酸鹽材料。

目前對鋰離子電池正極材料LiVPO4F的研究不多。

CN101517790A公開了用于二次電化學電池的新型電極活性材料。其中實施例7具體公開了制備LiV(PO₄)_0.9F_1.3的方法：在第一步驟中，通過金屬氧化物(以五氧化二釩為例)的碳熱還原反應(yīng)制成金屬磷酸鹽。用研缽和研棒預混合1.82g的V₂O₅、2.64g的(NH₄)₂HPO₄和0.36g的炭黑，然后將其制成粒狀。將顆粒移送至配置了氬氣流的烘箱中。以每分鐘2℃的緩升率加熱樣品直到最終溫度為700℃，并保持16小時。在第二步驟中，將第一步驟中制得的磷酸釩與其他反應(yīng)物反應(yīng)，將1.72g的VPO₄、0.0346gLiF和0.15gNH₄F預混合，制成粒狀放入烘箱，加熱至最終溫度700℃，并保溫1小時。

CN1803593A公開了一種鋰離子二次電池正極材料氟化磷酸釩鋰的制備方法，包括：1-室溫下，10％的過氧化氫水溶液與五氧化二釩反應(yīng)，得到五氧化二釩溶膠，靜置形成五氧化二釩凝膠；2-在凝膠中加入磷酸二氫銨、氟化鋰和乙炔黑混合均勻，在烘箱中100℃下干燥6h得到前軀體；3-將前軀體在25MPa下壓片，在惰性氣體保護下，300℃下預燒4h，再重新壓片，在550℃和氬氣保護下，焙燒1-4h生成LiVPO4F產(chǎn)物。該方法提供的正極材料制得電極的性能仍不能滿足需要，且實際進行電池電芯的生產(chǎn)時，電芯產(chǎn)品的膨脹率高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

目前已有技術(shù)提供的鋰離子電池正極材料不適于電池電芯的工業(yè)化生產(chǎn)，需要提供一種可以適于工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的鋰離子電池正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)提供的鋰離子電池正極材料制備的電池電芯性能不足，且電池電芯生產(chǎn)過程中產(chǎn)品膨脹率高的缺陷，提供了一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括：(1)將氟化磷酸釩鋰與瀝青進行機械融合，得到包覆物；(2)將所述包覆物在惰性氣體保護下進行燒結(jié)合成，得到鋰離子電池正極材料。

本發(fā)明還提供了一種由本發(fā)明的方法制得的鋰離子正極材料。

本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括由本發(fā)明的鋰離子電池正極材料制備而得的電芯。

本發(fā)明提供的方法采用三次高溫燒結(jié)合成并加入瀝青進行機械融合包覆的步驟，得到的鋰離子電池正極材料含有由瀝青燒結(jié)得到的碳，應(yīng)用于生產(chǎn)鋰離子電池的電芯時，可以有效降低電池電芯的膨脹率，提高電池的性能。制備電池的半電池充電容量可以為168～173mAh/g，放電容量可以為139～ 144mAh/g，全電池電芯膨脹率可以小于3％。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的鋰離子電池正極材料的制備方法流程圖；

圖2a為實施例1生產(chǎn)的電池電芯的截面示意圖；

圖2b為對比例1生產(chǎn)的電池電芯的截面示意圖；

圖3為實施例1的鋰離子電池正極材料的XRD譜圖；

圖4為實施例1的鋰離子電池正極材料的充放電曲線；

圖5為實施例1的鋰離子電池正極材料的SEM圖像。

具體實施方式