[发明专利]高电导率锂离子电池正极磷酸亚铁锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，特别涉及高电导率锂离子电池正极磷酸亚铁锂材料及其制备方法。

背景技术

1990年2月，日本的Sony公司最先向市场推出了第一个商品化的锂离子电池并首次提出了“锂离子电池”这一概念。该电池体系以LiCoO₂为正极材料，以石油焦为负极材料，由于采用了能够可逆脱嵌锂的碳材料作负极，既解决了锂二次电池的安全性能和循环稳定性能，又保持了锂二次电池的高电压特点。从此，锂离子电池的研究与开发进入了一个全新的时代。

橄榄石相的LiFePO₄材料自发现以来一直受到国内外学者的广泛注意。该材料的理论比容量约为170 mAh/g，其充放电曲线非常平稳（3.5 V vs. Li⁺/Li），同时LiFePO₄结构中由P-O共价键形成的三维立体化学键，使得LiFePO₄具有很强的热力学和动力学稳定性。LiFePO₄由于原料来源广泛，价格低廉，环境友好，材料结构稳定，化学相容性好，循环稳定性突出，使得其在各种可移动电源领域，特别是大型动力电源和储能领域有着极大的市场前景，被认为是最有前途的锂离子动力和储能电池的正极材料之一。

但是该材料低的电导率(室温下约为10^-9 S/cm）导致其高倍率性能差，从而大大限制它进一步的应用。目前，国内外的研究者主要从以下两个方面解决材料低电导率的问题：a) 通过离子掺杂和表面包覆导电相提高LiFePO₄ 的电导率；b) 优化制备工艺合成颗粒细小的LiFePO₄ 材料，通过减小材料颗粒尺寸以缩短电子和锂离子的迁移距离，提高材料的电导率。例如：

1、中国专利（公开号CN1649189A）公开了一种“含金属导电剂的碳包覆磷酸亚铁锂复合材料的制备方法”，采用溶胶凝胶法制备了具有良好导电性的碳包覆且含金属单质（铜或银）的LiFePO₄/C/M复合材料。

2、T. H. Teng等人（Electrochemical properties of LiFe_0.9Mg_0.1PO₄/carbon cathode materials prepared by ultrasonic spray pyrolysis. Solid State Communications, 2007, 142: 389-392.）采用喷雾热解法制备了LiFe_0.9Mg_0.1PO₄/C复合材料，与纯的LiFePO₄材料相比该材料的电导率提高了约4个数量级。

3、J. S. Yang等人（Nonaqueous sol-gel synthesis of high-performance LiFePO₄. Eletrochem. Solid-State Lett.,2004, 7(12): A515-A518. ）采用非水溶胶凝胶的方法制备了LiFePO₄/C复合材料，平均颗粒尺寸在100~300 nm左右，材料的电导率也得到了提高。

掺杂和碳包覆技术是对LiFePO₄进行电化学性能改性的重要途径，特别是碳包覆技术。碳包覆对提高材料电导率的效果最为显著，且易于实现产业化。对碳膜言，其有序态高的碳具有极高的电导率，如石墨。但是目前报道的技术中所包覆的碳多为无定形的碳且包覆不均，使得材料电导率的提高受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种高电导率的磷酸亚铁锂材料及其制备方法，通过采用过渡金属化合物对包覆的碳材料进行催化，提高碳膜中石墨化度从而提高材料的电导率，同时过渡金属可作为一种掺杂元素进一步的提高材料的本征电导率。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

高电导率锂电池正极磷酸亚铁锂材料，其特征在于：所述的高电导率锂电池正极磷酸亚铁锂材料是由锂源化合物、铁源化合物、磷源化合物、碳源化合物和作为石墨催化剂及掺杂元素的过渡金属化合物制成，其化学式为：

Li(Fe_1-xM_x)PO₄，其中x为0～0.1，M为过渡金属元素Fe、Cr、Ni、Co、Mo或者Mn；