[发明专利]锂离子电池复合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复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池与传统的二次电池相比具有平台电压高(约3.2-3.7V)，能量密度高，无记忆效应等优点，在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器上得到广泛应用，特别是采用橄榄石结构的LiFePO₄正极材料的锂离子电池以其电极材料资源丰富、环境友好、价格低廉、放电平台稳定(3.45V，vs.Li/Li⁺)、循环性能好以及过充电安全性高等优点，非常适合作为交通、运载工具的动力电池。然而由于LiFePO₄具有一种微扭曲的六方最密堆积结构，属于Pnma空间群，晶体由MO₆八面体和PO₄四面体交替排列构成空间骨架，没有连续的FeO₆共边八面体网络，不能形成有效的电子导电，导致LiFePO₄的导电性较差，而且PO₄四面体限制了FeO₆八面体的体积变化，导致在充放电过程中的锂离子迁移也受到了影响。Li₃V₂(PO₄)₃具有安全性好、成本低廉、结构稳定、电化学性能好等特点，该材料工作电位高(3.8V，vs.Li/Li⁺)，理论比容量高(197mAh/g)，由FeO₆八面体和PO₄四面体通过共用的氧原子连接成稍微扭曲的三维网络，属于Pn2₁/n空间群。该结构具有特殊的三维离子通道，锂离子能很好地进行脱嵌；但是在Li₃V₂(PO₄)₃中，由于晶体结构的原因金属离子相隔较远，一定程度上降低了材料中电子的迁移率，导致材料的电子导电率较低，不适合在大电流下进行充放电。

材料分析表明Li₃V₂(PO₄)₃能提高LiFePO₄的导电性，且Li₃V₂(PO₄)₃-LiFePO₄复合磷酸化合物的电化学性能优良，循环性能和倍率性能要明显优于单一的LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃电极材料。

发明内容

本发明是要提供一种具有比容量高，循环性能好，高倍率性能优良的锂离子电池正极材料及其制备方法。

本发明的锂离子电池的复合正材料，是由无定形的碳均匀地包覆在原位复合的Li₃V₂(PO₄)₃与LiFePO₄表面形成的粉末，按质量百分比含有：75.9-74.0％的LiFePO₄，21.8-21.2％的Li₃V₂(PO₄)₃和2.3-4.8％的无定形碳。

通常，粉末的粒径为200-400nm。

锂离子电池的复合正极材料的制备方法，采用碳热还原固相烧结法，具体步骤如下：

按化学计量比将原料FePO₄、Li₂CO₃、NH₄H₂PO₄和NH₄VO₃混合，加入占原料总质量15-25％的石油焦，加入丙酮在球磨机上球磨混合后，在氩气气氛中于600～700℃煅烧8-12h，得到无定形的碳均匀地包覆在原位复合的Li₃V₂(PO₄)₃与LiFePO₄表面的复合正极材料9LiFePO₄·Li₃V₂(PO₄)₃/C。