[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

• 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

技術領域

本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。