[发明专利]一种真空碳还原制备的磷酸铁锂材料及方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备技术领域，具体是指一种真空碳还原制备的磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有工作电压高、能量密度高、电化学循环性能好、自放电小、无记忆效应、实际工作温度范围广等诸多优良特点。因此，自1992年商品化生产以来，锂离子电池就广泛应用于移动电话、移动电脑、数码照相机、数码摄相机、电子仪表、军用便携式装备等。进入21世纪，特别是最近5年来，锂离子电池行业快速发展，锂离子电池的产量也快速增长，其应用领域不断扩大，已成为本世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。然而，到目前为止，锂离子电池还是以低容量、低功率电池为主，高容量、大功率锂离子电池尚未实现规模化生产，使得锂离子电池在大容量UPS、大中型储能电池、大中型电动工具、电动自行车车、电动汽车等方面尚未得到广泛应用。其中重要原因之一就是锂离子电池正极活性材料尚未取得实质性的突破。

正极活性材料是锂离子电池的重要组成部分。到目前为止研究最为详细、最为广泛的正极材料是LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄及其多元复合氧化物(如LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂)等。其中LiCoO₂是唯一实现大规模工业化生产的正极材料。目前90％以上的商品锂离子电池也都是以LiCoO₂为正极材料而生产出来的。虽然LiCoO₂具有较为优良的电化学性能，但是由于其合成的原材料不十分丰富、生产技术成本高，因此其价格较为昂贵。而且LiCoO₂的还存在容量较低(实际比容量只有120mAh/g左右)、毒性较大、安全性能差的等一系列问题。

尖晶石型活性材料LiMn₂O₄的原料及生产成本较低、安全性能较好，但其电化学循环性能、高温循环性能差，在电解液中有一定的溶解，由LiMn₂O₄生产的锂离子电池的储存性能差、循环寿命短。新型多金属氧化物LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料集中了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等材料的各自优点：较为容易合成、成本相对较低、电化学循环性能好、可逆容量较高、结构稳定、安全性能较好，但由于含较多昂贵的Co、Ni，原材料成本也较为高昂。

由于上述这些因素的影响，虽然锂离子电池具有众多的优良性能，但由于价格及安全性能等因素的影响，动力锂离子电池的研究及产业化步履艰难。而高容量、高功率的锂离子电池的生产，其正极材料的成本、高温性能、安全性十分重要。LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄及多金属氧化物正极材料完全不能满足大容量、高功率的锂离子电池的生产的要求。因此，研究开发适用于大容量、高功率、大电流放电性能好、安全性能高的锂离子动力电池的新型正极材料成为相关研究的热点。橄榄石型LiFePO₄正极材料正好具备满足上述锂离子动力电池的新型正极材料所要求的优点。