[发明专利]用于锂离子电池的新型磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种用于锂离子电池的新型磷酸铁锂正极材料及其制备方法。 

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型绿色高能可充电电池，具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等众多优点。广泛应用于移动电话，笔记本电脑，电子仪表，便携电动工具，电动自行车、武器装备等。在电动汽车中也具有很好的应用前景，目前已成为世界各国竞相研究开发的重点。 

正极材料是锂离子电池的一个重要组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。目前主要的锂离子正极材料是LiCoO₂，LiNiO₂，LiMn₂O₄。LiCoO₂是目前唯一已经大规模产业化、商业化的正极材料，90％以上锂离子电池采用该材料。但该材料价格昂贵，毒性较大，存在一定的安全性问题。LiNiO₂成本也高，尽管比容量较高，但是制备困难，热稳定性差，存在较大的安全隐患。尖晶石LiMn₂O₄成本低，安全性好，但是比容量低，高温循环性能差。因此需要开发出新型的正极材料来满足日益增长的市场需求。 

近年来基于Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电对的物质引起人们的极大兴趣，特别是具有橄榄石晶体结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)成为近期研究的最有希望的备选正极材料。 

橄榄石结构的LiFePO₄结构稳定，工作电压平稳，平台特性优良。其高温性能和循环性能好，理论比容量较高(170mAh/g)，安全无毒，成本低，作为锂离子正极材料与碳负极材料配合时体积效应好，与大多数电解液体系兼容性好。其已成为国内外近期研究的热点。但这种材料的电子导电性差，极大地限制了这一材料的应用。目前已有文献报导的关于改善提高此材料性能方法主要有：1.表面混合或包覆导电碳材料及导电金属微粒提高母体材料颗粒间的电子导电率；2.掺入微量高价金属离子部分取代Li⁺位，提高母体材料内电子导电率；3.较大量过渡元素取代铁位，提高材料的离子电导率。但用这些方法得到的材料依然不能满足高倍率充放电电池的比 容量和循环性能的要求。 

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述问题，提供一种用于锂离子电池的、具备较高的高倍率充放电容量和良好的电池循环性能的新型磷酸铁锂正极材料。 

本发明的另一目的在于提供上述新型磷酸铁锂正极材料的制备方法。 

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案： 

本发明公开了一种用于锂离子电池的新型磷酸铁锂正极材料，所述磷酸铁锂的铁位和磷位同时被部分取代，其具有分子式LiFe_1-xM_xP_1-yS_yO₄，M表示钠元素或钾元素，S表示硫元素，0<x≤0.5，0<y≤0.5。 

本发明还公开了上述新型磷酸铁锂正极材料的制备方法，所述方法包括步骤： 

a、将锂盐、亚铁盐、磷酸盐及掺杂取代原料按以下的元素摩尔比例进行混料，Li:Fe:M:P:S＝1：(1-x):x:(1-y):y，并加入混磨介质进行混合球磨2～12小时，所述掺杂取代原料为易溶性的硫代硫酸钠、硫代硫酸钾或硫代硫酸铵中的至少一种； 

b、在惰性气氛下于200～500℃进行预煅烧6～10小时； 

c、在惰性气氛下于500～800℃进行二次煅烧8～16小时。 

优选的，所述步骤b中，在预煅烧前将材料在70～100℃烘干后球磨2～4小时。 

优选的，所述步骤c中，在二次煅烧前将预煅烧后的材料进行混合球磨2～10小时，并烘干压块。 

所述混磨介质为去离子水、工业酒精或丁醇中的至少一种。 

所述锂盐为氟化锂、溴化锂、碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂中至少一种。 

所述亚铁盐为草酸亚铁、醋酸亚铁中至少一种。 

所述磷酸盐为磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的至少一种。 

所述惰性气氛为氮气，氩气中至少一种。 

由于采用了以上的方案，使本发明具备的有益效果在于：