[發明專利]高功率鋰電池正極材料的制備方法及鋰電池

在審

• 申請號: 201610220114.6
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN107293702A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 李明宗;蘇羽秀;郭政肇
• 申請（專利權）人: 創奕能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙)11446
• 代理人: 王月春,武玉琴

技術領域

本發明是涉及一種鋰電池正極材料的制備方法及鋰電池，特別是涉及一種以還原-溶液法為主要手段的高功率鋰電池正極材料的制備方法，以及應用此制備方法所制成的正極材料的鋰電池。

背景技術

可充電式鋰電池(又稱二次電池)具有諸多優點包括：高工作電壓(3.4-3.8 Volt)、大能量密度(>185Wh/Kg，瓦小時/千克)、重量輕、壽命長、環保等等，目前已被大量使用在3C電子產品上，例如移動電話(Mobile Phone)、筆記本計算機(NB/PC)、平板計算機(Tablet PC)、攝像機(Camcorder)以及數碼相機(Digital Camera)等等。根據IIT2009年的統計預估，全球鋰電池芯的銷售量約達30.5億顆，其中約有44％是使用在移動電話和手持裝置上，約有31.4％是使用在筆記本電腦上，且約有5.5％是使用在其他消費性電子產品上，這三類產品使用的鋰電池芯就占了市售量的80％左右。另外，近年來全世界各主要國家為了因應溫室效應所造成全球氣候異常的問題以及降低對石油的依賴，無不積極地發展兼具低污染、低油耗的油電混合車，此因素亦促使鋰電池的需求量大增。

磷酸鋰鐵(LiFePO₄)由于具備結構穩定、無毒、成本較低及安全性較高的潛在優勢，且理論克電容量可達170mAh/g(毫安小時/克)，因此被業界看作新一代鋰電池理想的正極材料之一。習知的磷酸鋰鐵的合成方法包括：溶膠-凝膠法(Soi-gel method)、共沉淀法(Co-precipitation method)、固態反應法(Solid-state method)、噴霧裂解法(Spray pyrolysis method)、水熱合成法(Hydrothermal method)等，所制成的磷酸鋰鐵雖具橄欖石狀特殊結構，然而目前磷酸鋰鐵正極材料還存在電子導電度低與鋰離子擴散系數低等缺陷。

為了改善前述的缺失，現有技術中提出“將磷酸鋰鐵與碳材料通過球磨法予以復合而提高電子導電性”及“在燒成磷酸鋰鐵的原料混合時添加糖類， 經由糖類的碳化作用在磷酸鋰鐵粒子表面被覆導電碳材”的技術方案，然而，此等技術方案均無法有效率地進行碳被覆，同時還會產生一些不安定的因素。有鑒于現有技術存在的缺失，本發明人遂以其多年從事相關領域的設計及制造經驗，并積極地研究如何才能提升合成碳包覆磷酸鋰鐵材料的效率，在各方條件的審慎考慮下終于開發出本發明。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足提供一種可兼顧電子傳導性與鋰離子傳導性的高功率鋰電池正極材料的制備方法，以及應用此制備方法所制成的正極材料的鋰電池。

為了解決上述的技術問題，本發明所采用的其中一技術方案是，提供一種高功率鋰電池正極材料的制備方法，其包括：1)以固相混合方式將含鋰前驅物、含鐵前驅物、含碳固體前驅物與含磷酸根原料混合均勻，其中所述含鋰前驅物、所述含鐵前驅物及所述含磷酸根原料的摩爾比為1.0-1.1:1:1-1.05；2)將步驟1)所得的固相混合物在500℃至575℃的溫度下進行煅燒處理，以得到煅燒生成物；3)在步驟2)所得的所述煅燒生成物中加入含碳液體前驅物，以形成兩相混合物，其中所述煅燒生成物的含量為98至99wt％(重量百分比)，所述含碳液體前驅物的含量為1至2wt％；以及4)將所述兩相混合物在625℃至750℃的溫度下進行燒結處理，以形成燒結生成物。

優選地，在上述步驟1)中，還包括：先將所述含鋰前驅物、所述含鐵前驅物與所述含碳固體前驅物混合均勻后，再進一步混入含磷酸根原料，并在100℃至120℃的溫度下對所述固相混合物進行熱處理。

優選地，在上述步驟2)中，所述煅燒處理是于空氣中進行且持續7至10小時。

優選地，在上述步驟2)與步驟3)之間，還包括：將所述煅燒生成物粉碎以形成粉末狀。

優選地，在上述步驟3)中，還包括：在100℃至120℃的溫度下對所述含碳液體前驅物與形成粉末狀的所述煅燒生成物的混合物進行熱處理。

優選地，還包括：對經熱處理的所述混合物進行研磨處理。

優選地，在上述步驟4)中，所述燒結處理是于空氣中進行且持續10至 15小時。

優選地，在上述步驟4)的后，還包括：對所形成的所述燒結生成物進行篩分及研磨處理。