[发明专利]铁基锂盐复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池用的正极材料及其制备方法，特别是一种磷酸亚铁基锂盐正极材料及其制备方法。

背景技术

1997年Goodenough[J.Electrochem Soc.，144，1997，1188]等人合成了含铁锂盐LiFePO₄，用该物质作为锂离子电池的正极材料，具有较高的理论比容量(175mAh/g)，大于已商品化的LiCoO₂的140mAh/g的实际容量。这种具有橄榄石型晶体结构的磷酸亚铁锂工作电压平稳(Fe²⁺/Fe³⁺相对金属锂的电压为3.4V)、充放电平台特性优良、容量较高、结构稳定、高温性能和循环性能好、安全无毒、成本低廉，与碳负极材料配合时的体积效应小，并且与大多数电解液体系兼容性好，引起材料工作者极大的关注。但这种材料存在着两个问题，一是该材料的离子扩散系数和电子导电率均很低，导致高倍率放电性能差，可逆比容量低；二是振实密度低，导致电池的体积比容量低。这就大大限制了其在实际电池中的应用。为了克服以上缺陷，很多研究者采取适当的方法，如专利US2003/0077514A1采用铁位掺杂金属离子，来改善LiFePO₄正极材料的电子和离子导电，但由于在原料中加入了较多的炭黑使材料的振实密度偏低，给电极的制作加工带来困难。因此迫切需要研究开发一种具有较好的导电性和较高密度的磷酸铁锂正极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁基锂盐复合正极材料及其制备方法，要解决的技术问题是提高正极材料的高倍率放电性能，改善电池电极的制作加工性能。

本发明采用以下技术方案：一种铁基锂盐复合正极材料，具有磷酸亚铁锂，所述磷酸亚铁锂掺杂或/和包覆有镍钴锰锂或镍钴铝锂材料，形成复合材料，所述磷酸亚铁锂与镍钴锰锂或镍钴铝锂的重量比为9～7∶1～3，复合材料微观形态呈球形或长短径比为1.2～2.5的类球型，晶体为橄榄石型结构，空间群为Pbnm，粒径为1～20μm。

本发明的复合材料包覆有碳材料，其占复合材料的1～5wt.％。

本发明复合材料的比表面积为5～30m²/g，振实密度为1.5～2.0g/cm³。

本发明的铁基锂盐复合正极材料，在充放电电压为2.5～4.2V，充放倍率为0.1C时，可逆容量大于150mAh/g。

本发明磷酸亚铁锂的比表面为10～50m²/g，振实密度为1.0～1.4g/cm³。

本发明的磷酸亚铁锂的化学式为LiFePO₄；所述镍钴锰锂的化学式为LiNi_aCo_bMn_c，所述镍钴铝锂的化学式为LiNi_aCo_bAl_d，其中a、b、c、d的值为大于0～1的常数；所述碳材料采用蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、果糖、纤维素或淀粉的有机物热解炭，天然石墨微粉，人造石墨微粉，导电碳黑，纳米碳中的一种或一种以上。

一种铁基锂盐复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：一、将磷酸亚铁锂与镍钴锰锂或镍钴铝锂，按磷酸亚铁锂∶镍钴锰锂或镍钴铝锂重量比9～7∶1～3混合，同时加入磷酸亚铁锂与镍钴锰锂或镍钴铝锂重量之和1～5wt.％的包覆碳材料，得到磷酸亚铁锂包覆有镍钴锰锂或镍钴铝锂的复合材料；二、在200～1100r/min的转速下融合处理2～4小时，形成球形或长短径比为1.2～2.5的类球型铁基锂盐复合材料颗粒；三、采用200～400目的筛网筛分，得到粒径为1～20μm的铁基锂盐复合正极材料。

本发明的方法发铁基锂盐复合材料颗粒采用磁场强度为3000～12000高斯除去磁性物质。

本发明的方法的磷酸亚铁锂的化学式为LiFePO₄；所述镍钴锰锂的化学式为LiNi_aCo_bMn_c，所述镍钴铝锂的化学式为LiNi_aCo_bAl_d，其中a、b、c、d的值为大于0～1的常数；所述包覆碳材料采用有机物热解炭，天然石墨微粉，人造石墨微粉，导电碳黑，纳米碳中的一种或一种以上。