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[發明專利]一種復合正極材料、其制備方法和鋰離子電池在審

專利信息
申請號: 201610134832.1 申請日: 2016-03-09
公開(公告)號: CN105633402A 公開(公告)日: 2016-06-01
發明(設計)人: 羅紹華;張俊;王志遠;包碩;劉延國;王慶;張亞輝;劉思寧;李俊哲;劉東芳;孫梅竹;楊悅 申請(專利權)人: 東北大學
主分類號: H01M4/58 分類號: H01M4/58;H01M4/485;H01M4/583;H01M4/139;H01M10/0525
代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332 代理人: 鞏克棟;侯瀟瀟
地址: 110004 遼寧*** 國省代碼: 遼寧;21
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 復合 正極 材料 制備 方法 鋰離子電池
【說明書】:

技術領域

發明屬于電化學材料技術領域,涉及一種復合正極材料、其制備方法和鋰離子電池, 尤其涉及一種LiAlO2-LiMnPO4/C復合正極材料、其制備方法和包含所述復合正極材料的鋰離 子電池。

背景技術

動力鋰離子電池是目前電動汽車的核心部件,能量密度、倍率性能、成本、安全性和循 環壽命是衡量正極材料商業化的關鍵指標。目前已商業化的正極材料主要有三元材料電池、 錳酸鋰電池與磷酸鐵鋰電池,這三類正極材料在這五方面都不具有絕對優勢導致動力鋰離子 電池材料發展出現了瓶頸。三元系電池材料雖然能量密度高,但價格偏高,工藝上對環境和 技術要求高,熱穩定性較差,存在較大的安全隱患;錳酸鋰電池價格相對便宜,但其高溫循 環差引起的里航削減問題已經慢慢凸顯;磷酸鐵鋰電池循環壽命長,但能量密度低,導致磷 酸鐵鋰電動汽車續駛里程較短。綜上,考慮到高低溫性能、循環壽命、價格和安全性等影響 因素,當前商業化的三種電池均不可能成為未來純電動車的理想選擇。因此,研究開發下一 代具有更高能量密度、長壽命、廉價且安全的新型動力鋰離子電池正極材料是發展的必然。

在目前所報道的正極材料中,磷酸錳鋰正極材料具有4.1V的高電位,比磷酸鐵鋰提高 0.7V,磷酸錳鋰電池的能量密度較磷酸鐵鋰提高約20%,約170Wh·kg-1,且磷酸錳鋰價格更 便宜。與錳酸鋰相比,磷酸錳鋰具有相近的工作電壓,但能量密度更高,高溫循環壽命更長。 與三元材料相比,磷酸錳鋰具有相似的能量密度,但更安全、價格更低。因此磷酸錳鋰正極 材料的研究引起的廣泛的關注。

但是,磷酸錳鋰正極材料的電子和離子導電性較差,導致其大倍率充放電性能較差。近 年來,通過表面材料顆粒納米化、離子摻雜、碳包覆或者金屬及含鋰氧化物包覆等手段已明 顯改善LiMnPO4的電化學性能。例如,CN102931400A公開了一種納米級鋰離子電池復合正 極材料LiMnPO4/C的合成方法;CN103000888A公開了一種鋰離子電池復合正極材料 LiMnPO4-Li3V2(PO4)3/C及其制備方法;CN103199247A公開了一種具有多層次導電網絡的鋰 離子電池復合正極材料的制備方法;CN103337628A公開了一種鋰離子電池正極材料納米磷 酸錳鋰的合成方法;CN101944597A公開了一種炭氣凝膠包覆LiMnPO4/C的制備方法;CN 104091946A公開了一種溶劑和碳源一體化合成LiMnPO4/C的方法;CN103515599A公開了 一種磷酸錳鋰和碳納米管納米復合材料的制備方法。

具有納米層狀結構的LiAlO2是一種快離子導體,具有高的比表面積和鋰離子導電性,可 提供鋰離子擴散通道,降低鋰離子擴散路徑。CN104241636A公開了一種表面包覆LiAlO2的鋰離子電池錳系正極材料及其制備方法。

但是,將LiAlO2與LiMnPO4復合用作正極材料,還有待于進一步研究。

發明內容

針對現有技術存在的不足,本發明的目的在于提供一種復合正極材料、其制備方法及鋰 離子電池,所述復合正極材料采用鋁酸鋰多孔納米片快離子導體為復合材料,其作為鋰離子 電池正極的循環性能和安全性能顯著提高,能夠廣泛應用于鋰離子電池領域。

為達此目的,本發明采用以下技術方案:

如無特殊說明,所述“wt.%”均指質量百分含量,所述復合正極材料可用 LiAlO2-LiMnPO4/C表示。

本發明的目的之一在于提供一種復合正極材料,所述復合正極材料包括鋁酸鋰(LiAlO2) 和磷酸錳鋰(LiMnPO4)和微量的碳(C),所述磷酸錳鋰負載在鋁酸鋰表面,所述鋁酸鋰的 質量占磷酸錳鋰質量的0.1-10wt.%,所述鋁酸鋰為尺寸大小為5-10μm的六方形片,其晶相為 α-LiAlO2;所述磷酸錳鋰為一次顆粒大小為50-200nm的柱狀或類球狀。

所述尺寸大小是指長、寬和高的大小;所述一次顆粒大小是指晶粒大小。

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