[发明专利]锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂及其四步合成制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子正极材料的制备工艺技术，特别是一种复 合磷酸亚铁锂四步合成制备工艺。

背景技术

LiFePO₄锂离子电池正极材料和LiMPO₄(M＝Mn、Co、Ni)为有序 的橄榄石结构，M离子位于八面体的Z字键上。锂离子位于交替平 面八面体位置的直线链上。所有的锂均可发生脱嵌得到MPO₄层状型 结构。LiMPO₄和LiFePO₄(M＝Mn、Co、Ni)锂离子电池正极材料具 有对环境无毒、可逆性优、能量密度高，安全好，高温性能好，价格 便宜等优点。但是它和LiMPO₄和LiFePO₄相比具有导电性差，大电 流性能不理想，此外LiMPO₄脱理之后，生成的FePO₄电子和离子电 导率均低，大电流性能较低无法实现大规模的产业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂及 其四步合成制备工艺。

本发明的技术方案是，一种锂离子电池正极材料复合磷酸铁锂及 其四步合成制备工艺，用LiFePO₄作为锂离子电池生产中的正极材 料，充放电反应是在LiFePO₄和FePO₄两相之间进行。在充电过程中 LiFePO4被氧化为FePO4时，体积减小了6.81％，充电过程之中的体 积收缩恰好可以弥补炭负极的膨胀，从而提高锂离子电池的体积利用 效率。

LiFePO₄有良好的充放电行为，开路电压在3-4V，其比容量可达 到理论容量的90％，超过160mA·h/g，高温放电容量高于常温容量， 而且循环性能良好。

本发明利用下述创新技术提高其电导率、电性能。

1.为了提高LiFePO₄脱锂后FePO₄的电子导电性能，在LiFePO₄结构中引入了分散性能优的良好的导电剂，如镀碳，加碳制成复合材 料，加入碳黑的量占LiFePO₄的质量是6％，制造成的LiFePO₄，其 可逆容量能达到理论值95％，快速充放电能力得到明显提高，可在 5C下进行充放电，循环800次之后容量没有衰减。

2.为了提高LiFePO₄脱锂后FePO₄的电子导电性能，在LiFePO₄结构中加入Y-Nd-La混合稀土金属替代部分Fe，构成LiFe_1-XM_XPO₄化合物，其中M代表Y-Nd-La合金，Y_1/3-Nd_1/3-La_1/3。即Y、Nd、La 三种金属各占1/3，而Y-Nd-La重量占LiFePO₄中Fe的1.2wt％。在 LiFe_1-XM_XPO₄合成时，Y、Nd、La用La₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃和Fe₂O₃， 和草酸锂草酸亚铁、磷酸二氢铵。混合移入陶瓷球磨机，加入无水乙 醇密封，球磨3-5h，取出后，加入到真空烧结炉中，抽真空到10^-2Pa 充氩气保护350℃-500℃，保温4-6h，冷却后研磨，再以2℃/min-8℃/min 的升温速度升温到550℃到850℃并保温9-16h，自然冷却到室温后 取出。即制成磷酸铁锂材料产品。

本发明的制备磷酸铁锂材料制备工艺技术，一次高温烧结即可得 到成品。生产设备简单，烧结过程中气体产生量少，适合大规模生产 磷酸铁锂材料，具有良好的导电性和稳定的电化学性能。

用本发明工艺技术制出的产品，电化学比容量155mAh/g，比美 国已有的同类产品提高4％，比国内已有产品提高11％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，仅在说明本发明而决不 限制本发明。

实施例1：