[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料、其制備方法及鋰離子電池

在審

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• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108878846A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶濤;趙偉;魯圣國
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極材料，包括磷酸鹽三元材料和附著在所述磷酸鹽三元材料表面的碳顆粒；所述磷酸鹽三元材料具有式(Ⅰ)所示的通式：LiFe_xMn_yV_zPO₄(Ⅰ)；其中，0.6≤x≤0.8，0.1≤y≤0.2，0.1≤z≤0.2，x+y+z＝1。Mn和V在特定的配比下配合使用，使得正極材料有了更高的充放電電壓平臺和能量密度，使得鋰離子電池正極材料的離子電導(dǎo)率更高，正極材料的電化學(xué)性能得到了明顯改善。通過Fe、Mn和V在特定配比下的協(xié)同作用，使得到的鋰離子電池正極材料具有較高的比容量和較優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性，由這種鋰離子電池正極材料制得的鋰離子電池具有較優(yōu)的電化學(xué)循環(huán)性能和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池正極材料、其制備方法及鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著全世界石油資源的逐步枯竭和汽車尾氣對環(huán)境污染的日益嚴重，電動車(EV)或混合電動車(HEV)以及相應(yīng)動力電源得到迅速發(fā)展。目前，EV或HEV主要使用鉛酸和鎳氫電池作為驅(qū)動能源，但是它們使用壽命短，而且容易造成環(huán)境污染。鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的動力電池，也是全世界科研界和產(chǎn)業(yè)界研究的熱點。相比于鉛酸電池和鎳氫電池，鋰離子電池具有更高的工作電壓、更大的比能量、更長的循環(huán)壽命、更低的環(huán)境污染等優(yōu)點，被認為是最適合作為電動車用的動力電池，具有廣闊的應(yīng)用前景。

聚陰離子磷酸鹽類正極材料價格便宜、來源豐富、性能相對優(yōu)越，是最具有前景的一種橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料。LiFePO₄在充放電過程中分為兩相，分別為LiFePO₄和FePO₄，在充電時，LiFePO₄中的Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，鋰離子從晶格中脫出，放電過程則相反。LiFePO₄的充放電平臺在3.45V左右，理論比容量為170mAh·g^-1。雖然LiFePO₄有著很多的優(yōu)勢，但其本身低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴散系數(shù)限制了該材料進一步的發(fā)展。

LiMnPO₄具有和LiFePO₄相似的橄欖石結(jié)構(gòu)。LiMnPO₄工作電壓為4.1V，理論容量為170mAh·g^-1,說明LiMnPO₄材料具有潛在的高能密度優(yōu)點。LiMnPO₄充電時Li⁺從正極脫出進入負極，Mn²⁺被氧化為Mn³⁺，放電過程相反。然而，LiMnPO₄的電子導(dǎo)電率和離子導(dǎo)電率較低，這嚴重制約了該材料的應(yīng)用。

Li₃V₂(PO₄)₃同時具有高的充放電電壓平臺和高的比容量，在3.0～4.8V的電壓范圍內(nèi)會出現(xiàn)4個充放電電壓平臺，為3.6V、3.7V、4.1V、4.55V，理論比容量可以達到197mAh·g^-1。但Li₃V₂(PO₄)₃的循環(huán)穩(wěn)定性和大電流充放電性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種鋰離子電池正極材料、其制備方法及鋰離子電池，本發(fā)明提供的鋰離子電池正極材料具有較高的比容量和較優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性，由這種鋰離子電池正極材料制得的鋰離子電池具有較優(yōu)的電化學(xué)循環(huán)性能。

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極材料，包括磷酸鹽三元材料和附著在所述磷酸鹽三元材料表面的碳；

所述磷酸鹽三元材料具有式(Ⅰ)所示的通式：