[发明专利]锂离子电池磷酸基正极复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池磷酸基正极复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池是一种非常优秀的电池体系。随着科技的不断进步，人们对可移动能源的需求愈来愈强烈，新能源的不断开发是人类可持续发展的重要基础。锂离子电池于上世纪80年代初商业化以来，因其具有电压高、比能量高、循环寿命长、无环境污染等特点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等便携式电子设备中。还可以代替传统的石油、天然气等非再生资源，在电动工具、电动自行车、电动汽车、太阳能电池和风能电池储能、卫星及航天等领域得到更加广泛应用，从而在保护环境、节约非再生性能源等方面起到重要作用。

从锂离子电池出现到现在，正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、镍钴铝酸锂三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂等化合物及其改性复合物。

然而目前锂离子电池最成功的应用领域依然在移动电话、笔记本电脑、小型摄像机、数码产品等便携式电子设备中，且其中绝大多数锂离子电池正极材料都是钴酸锂，目前市场占有率依然达80％以上。由于钴具有资源稀少和毒性等缺点，钴酸锂正极材料成本越来越高，对环境影响越来越大，而且钴酸锂的安全性较差，不能应用于动力电池领域。

锂离子电池的其它正极材料，如镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、镍钴铝酸锂三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂等研究已经取得了很大的进展，镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、镍钴铝酸锂材料、锰酸锂、磷酸铁锂等正在市场展开应用。

但是镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、镍钴铝酸锂材料都属于片层结构，晶格结构不稳定，易产生氧气，安全性较差，成本较高，严重影响实际化应用；锰酸锂可逆容量较低，实际只有110mAh/g左右，体积比容量更低，晶格中的锰离子在55℃以上容易溶解，导致晶体结构破坏，循环稳定性差，循环寿命较差；磷酸铁锂循环稳定性很好，安全性好，可逆容量较高，但是其电压平台较低，振实密度较低，导致体积和重量比容量较低，而且非常平坦的电压平台使其电池的电量监控较难。

因此，本领域迫切需要研究一种新的替代材料。

发明内容

本发明目的在于，提供一种磷酸基锂离子电池正极复合材料及其制备方法，以及由此复合材料做正极材料，石墨或钛酸锂材料做负极材料所组成的锂离子二次电池。

本发明第一方面提供了一种磷酸基锂离子电池正极复合材料，所述复合材料包括晶粒以及包覆于晶粒外的碳层，其中所述的晶粒具有以下晶格结构：LiMn_1-xFe_xPO₄晶格结构和Li₃V₂(PO₄)₃晶格结构，式中，x＝0.00-0.40。

在另一优选例中，所述的LiMn_1-xFe_xPO₄晶格结构为橄榄石结构，而所述Li₃V₂(PO₄)₃为NASICON结构确定。

在另一优选例中，所述的复合材料的化学式为yLiMn_1-xFe_xPO₄·(1-y)Li₃V₂(PO₄)₃/C，其中，x＝0.00-0.40，y＝0.50-0.95，所述C为碳层。

在另一优选例中，y＝0.55-0.90，较佳地，y＝0.60-0.80；

在另一优选例中，x＝0.05-0.35，较佳地，x＝0.10-0.20；

在另一优选例中，所述的LiMn_1-xFe_xPO₄或Li₃V₂(PO₄)₃的粒径为10nm-5000nm。

在另一优选例中，所述的LiMn_1-xFe_xPO₄或Li₃V₂(PO₄)₃的粒径为10nm-500nm。

本发明第二方面提供了一种电池正极，所述正极含有本发明第一方面所述的正极复合材料。