[发明专利]具有橄榄石结构的锂铁磷酸盐及其分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有橄榄石结构的锂铁磷酸盐及其分析方法。更具体地，本发明涉及一种具有式I的组成并包含Li₃PO₄和/或Li₂CO₃的橄榄石型锂铁磷酸盐。

背景技术

移动装置的技术开发和需求的增加，导致对作为能源的二次电池的需求快速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长生命周期和低自放电的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。

所述锂二次电池通常使用碳材料作为负极活性材料。此外，考虑将锂金属、硫化合物、硅化合物、锡化合物等用作负极活性材料。同时，所述锂二次电池通常使用锂钴复合氧化物(LiCoO₂)作为正极活性材料。此外，已经考虑使用锂锰复合氧化物如具有层状晶体结构的LiMnO₂和具有尖晶石晶体结构的LiMn₂O₄、以及锂镍复合氧化物(LiNiO₂)作为正极活性材料。

目前，由于LiCoO₂具有优异的物理性能如循环寿命而使用LiCoO₂，但是其具有因使用钴而造成的稳定性低且成本高的劣势，从而受到天然资源的限制，并限制了将其大量用作电动汽车的电源。LiNiO₂由于与其制备方法相关的许多特征而不适合在合理成本下实际应用于批量生产中。锂锰氧化物如LiMnO₂和LiMn₂O₄具有循环寿命短的劣势。

近年来，已经对使用锂过渡金属磷酸盐作为正极活性材料的方法进行了研究。锂过渡金属磷酸盐主要分为具有NASICON结构的LixM₂(PO₄)₃和具有橄榄石结构的LiMPO₄，与常规LiCoO₂相比，发现锂过渡金属磷酸盐展示了优异的高温稳定性。至今，Li₃V₂(PO₄)₃是最广泛已知的NASICON结构的化合物，且LiFePO₄和Li(Mn，Fe)PO₄是最广泛已知的橄榄石结构的化合物。

在橄榄石结构的化合物中，与锂相比，LiFePO₄具有3.5V的高电压和3.6g/cm³的高体积密度，与钴(Co)相比，LiFePO₄具有170mAh/g的高理论容量并展示了优异的高温稳定性，且LiFePO₄利用廉价的铁，由此极其适合用作用于锂二次电池的正极活性材料。

然而，LiFePO₄的电导率低，由此在用作正极活性材料时不利地造成电池内阻的增加。当电路封闭时，这种增加还导致极化电位增大，由此降低电池容量。

在这点上，包括日本专利申请公布2001-110414等的现有技术公开了，将导电材料并入到橄榄石型金属磷酸盐中而提高电导率。

然而，通常通过使用Li₂CO₃或LiOH作为锂源的固相法或水热法来制备LiFePO₄。这些方法的缺点在于，在焙烧期间由于为了提高电导率而添加的锂和碳源产生大量的Li₂CO₃。

这种Li₂CO₃在充电时可能会分解、或者可能会与电解质溶液反应而产生CO₂气体，由此在储存或循环期间不利地产生过量气体。这也不利地造成溶胀现象并降低高温稳定性。

因此，对具有优异电导率并同时含有最少量的Li₂CO₃的锂铁磷酸盐如LiFePO₄的需求日益增长。

发明内容

因此，为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题而完成了本发明。

作为为了解决上述问题而进行各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，具有橄榄石型晶体结构的锂铁磷酸盐能够减少溶胀现象并由此不仅提高了高温稳定性，还由于离子传导率高而提高了倍率性能(rate properties)，所述锂铁磷酸盐含有Li₃PO₄和最少量的Li₂CO₃。根据这种发现而完成了本发明。

附图说明