[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备方法，属于能源材料技术领域，具体涉及一种通过对采用固相法、液相法等各种合成方法制备的锂离子电池正极材料的前驱体进行变温联合煅烧，达到对合成锂离子电池正极材料结构和形貌的优化设计和控制，从而获得具有高倍率及超高倍率充放电特性的锂离子电池电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代发展起来的绿色二次电池，与传统的铅酸、镍镉、镍氢等二次电池相比，锂离子电池以其可逆容量高、循环稳定性好、能量密度高、无记忆效应等优点而备受青睐，已在小型移动电源上得到广泛应用。传统的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂(LiCoO₂)，由于含有贵金属，其价格较昂贵，基本占锂电池成本的一半以上，并且其有限的容量也制约了锂离子电池作为电动工具、电动车及混合电动车等用高能量密度、长循环寿命、绿色无污染和低成本二次电源的要求。因而开发新一代高性能、低成本的绿色锂离子电池正极材料具有重要意义。

磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池正极材料由于具有循环寿命长、安全性能好、原料来源丰富、成本低、无毒性和安全性好等优势被认为是最有应用前景的电动汽车等用动力锂电池正极材料之一，并已经得到尝试性应用。但LiFePO₄材料电子电导率和离子电导率低的缺点制约了其在高倍率下的充放电性能，从而妨碍了其在锂离子电池正极材料上的规模化应用。目前常见的改性手段主要有对LiFePO₄材料的纳米化及多孔化、表面碳包覆以及掺杂等。

到目前为止，在现有技术中通常通过对锂离子正极材料的前驱体进行一步煅烧获得正极材料。该一步煅烧法由于很难同时控制合成的材料中对材料高倍率性能起关键作用的结构因数，包括结晶性、颗粒尺寸和材料中高电导率相的含量等，因而合成正极材料的高倍率性能得不到有效保证。

因此，需要开发新的工艺措施，实现对锂离子电池正极材料结构的优化设计和控制，使该材料兼具结晶性好、颗粒尺寸较小及高电导率化合物适量的优点。

发明内容

本发明提供了一种制备锂离子电池正极材料的方法，该方法通过对采用固相法或液相法制备的合成锂离子电池正极材料的前驱体在不同温度段下进行分步煅烧的变温联合煅烧，实现对合成该材料结构和性能的优化设计和控制，兼具提高锂离子正极材料结晶性、控制其颗粒尺寸，从而获得具有高倍率及超高倍率充放电特性的锂离子电池正极材料。

具体而言，本发明提供的锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供锂离子电池正极材料的前驱体；

(2)对该前驱体进行变温联合煅烧；

其中，所述变温联合煅烧包括对该前驱体在300-900℃的温度范围内实施至少两次煅烧。

在一个实施方案中，通过本发明方法制备的锂离子电池正极材料为LiFePO₄电池正极材料。通过本发明的变温联合煅烧实现了对该LiFePO₄材料结构和性能的优化设计和控制，还提高了LiFePO₄锂离子正极材料的结晶性、控制其颗粒尺寸，同时原位引入高电导率的Fe₂P及FeP。

附图说明

图1为实施例1所得到的LiFePO₄材料的扫描电镜照片。

图2为实施例1所得到的LiFePO₄材料的X-射线衍射图谱。

图3为实施例1所得到的LiFePO₄在不同倍率下的放电容量。

图4为采用实施例1相同的前驱体，在相同的气氛下，分别经(a)600℃煅烧20小时，(b)700℃煅烧4小时，(c)700℃煅烧10小时和(d)800℃煅烧2小时获得的LiFePO₄材料的SEM形貌。

图5为采用实例1相同的前驱体，在相同的煅烧气氛下，分别经(a)600℃煅烧20小时，(b)700℃煅烧4小时，(c)700℃煅烧10小时和(d)800℃煅烧2小时获得的LiFePO₄材料在不同放电倍率下的放电容量。

具体实施方式

本发明提供的锂离子电池正极材料的制备方法，包括(1)提供锂离子电池正极材料的前驱体；和(2)对该前驱体进行变温联合煅烧，其中，所述变温联合煅烧包括对该前驱体在300-900℃的温度范围内实施至少两次煅烧过程。