[发明专利]一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料及其制备方法、锂离子动力电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用正极材料及其制备方法、锂离子电池，更具体地说,本发明涉及一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料及其制备方法，以及使用该材料的锂离子动力电池。

背景技术

随着电子和信息产业的迅速发展，大量新型的移动电子消费产品不断问世，对独立电源特别是高能二次电池提出了迫切要求。与其它二次电池相比，锂离子电池具有高的体积能量密度和重量能量密度。加上设计灵活性及长的循环寿命寿命、无记忆效应、低的自放电率、对环境无污染等优点，已经成为当今便携式电子产品中可再充式电源的主要选择对象。

作为新一代的绿色高能电池，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小等诸多优点，已被广泛应用到笔记本电脑、移动电话、UPS等技术领域的能源储存与转换方面，在电动汽车和车用蓄电池等行业也有广阔的应用前景。

然而，传统正极材料-钴酸锂的资源不足已开始制约锂离子电池的发展，而且，这种材料的安全性也存在一定问题。1997年Good enough等首次报道了具有橄榄石结构的LiFePO₄能可逆地嵌入和迁出Li⁺之后，LiFePO₄是继LiMnO₂和LiMn₂O₄后产生的又一个研究热点。LiFePO₄具有原料丰富、成本低、比容量较高、对环境友好、无毒无害、热稳定性好等突出的优点，是一种颇具潜力的下一代锂离子电池正极替代材料。该材料的产业化和普及应用对降低锂离子电池成本，提高电池安全性，扩大锂离子电池产业，促进锂离子电池大型化、高功率化具有十分重大的意义。但是，磷酸铁锂本身较差的电子导电率阻碍了其在商业化电池中的应用。 

正交橄榄石型LiFePO₄，虽然具有安全、环保、廉价、比容量高、热稳定性好、循环可逆性好等优点，对着重要考虑价格和安全性的中大容量、中高功率的锂离子电池来说，具有无可比拟的优势。虽然其电子导电率和离子传导率低，会造成充放电过程中容量损失严重，大电流放电性能差等问题，但是通过金属离子掺杂或碳包覆，可以提高材料的电导率达到10^-3S/cm以上；通过减小一次颗粒粒径，减小Li⁺扩散路径，缩短扩散时间，可以提高材料的电化学性能。

CN100431207C公开了一种二元、三元和四元锂磷酸盐，但是其实施例仅公开了包含LiFeMn三元的锂磷酸盐（实施例2），而且其公开的锂磷酸盐的比容量仍然较低，循环性能也较差。

CN100448071C公开了一种锂电池正极材料，其公开了利用过渡族元素参加磷酸铁锂形成多元的锂磷酸盐正极材料，在0.5C以上放电容量低于130 mAh/g（虽然宣称其理论比容量高于240 mAh/g）, 而且循环性能较差（0.5C600次实验，比容量保持率低于80%）。

发明内容

发明的目的是提供一种锂离子动力电池用锂磷酸盐正极材料及其制备方法、锂离子动力电池，本发明通过选择参杂元素的组合以及严格控制其组分的含量，成功地提高锂磷酸盐正极材料的导电性能、循环寿命和/或提高现有动力电池用正极材料的能量密度。 

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料，通式为LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-yPO₄/C，以LiFe_1-x-yTi_0.5xMn_0.1-yPO₄为基材，基材外包覆有碳材料微粒层，基材与碳材料微粒层组合成复合颗粒，并且复合颗粒均匀分散在由碳材料微粒的导电网络中，其中0.03≤x/2+y≤0.10，0.02≤x≤y≤0.08，C由有机碳源化合物分解生成，所述的有机碳源化合物为柠檬酸、纤维素、葡萄糖、抗坏血酸的一种，有机碳源化合物的加入量为基材原料总重量的1-10%；所述复合颗粒的平均粒径在0.5-5 μm之间，碳材料微粒的直径在5-50 nm之间；复合颗粒的比表面积为12-35 m²/g。 

本发明的上述多元掺杂锂磷酸盐正极材料采用以下方法制备得到：

一种多元掺杂锂磷酸盐正极材料的制备方法，包括以下步骤：