[发明专利]生产锂离子电池正极材料无定形前驱体的方法

说明书

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池活性正极材料的制备方法以及相应的电极与电池。

背景技术

人们已对充电电池行业中的各种不同的正极材料进行了深入研究。LiCoO₂凭借其工作电压高、循环寿命长而成为目前在商品锂离子电池中最普遍使用的正极材料。虽然LiCoO₂是在便携式充电电池应用中广泛使用的正极材料，但其所具有的高成本、高毒性以及相对低的热稳定性的特征使其在作为一种充电电池正极材料方面受到严重的限制。这些限制已促使人们进行了许多研究，考察用于处理LiCoO₂以改善其热稳定性的方法。然而，由于低热稳定性而引起的安全问题仍是LiCoO₂正极材料的关键限制，尤其当电池用于高充放电倍率条件下时。因此，就运输目的而言，认为LiCoO₂并不适合于在充电电池中用作正极材料，由此激励人们寻求用于电动汽车和混合动力电动汽车以及储能系统的替代性正极材料。

LiFePO₄由于其高的热稳定性而已作为在充电电池中非常有吸引力的替代性正极材料而受到人们的研究，这使得它适用于在运输工具和电动工具中的高倍率充放电应用。以LiFePO₄作为正极材料的电池已在电动自行车、滑板车、轮椅和电动工具方面有了市场应用。然而，目前的LiFePO₄材料在市场上仍遭受到高阻抗的困扰，这将最终限制由LiFePO₄制得的电池的循环寿命和高倍率充放电性能。材料的阻抗与材料的合成方法和配方密切相关。此外，大多数已知的合成方法公开在下列美国专利中：US5,910,382、US6,528,003、US6,723,470、US6,730,281、US6,815,122、US6,884,544、US6,913,855和US8,022,009。在这些现有技术中的大多数诸如固相反应和溶胶-凝胶法的制造方法仍受到因前驱体反应剧烈不可控，高处理成本和非均相材料组成等等的困扰，由此造成电池材料性能差。另外，大多数方法中生成磷酸铁锂纳米材料的前驱体磷酸铁呈橄榄石结晶态，一方面反应需要高于室温的温度和反应时间长，并且处于结晶态的前驱体在后续生成活性正极材料的铣削加工工艺中既耗时又耗能，另一方面在充放电过程中Li⁺进出FePO₄需要克服其晶格的阻碍而增加材料内阻。因此很有必要发展一种低成本和电化学性能优良的正极材料生产方法。

发明内容

针对上述提出的目前生产正极材料存在的问题，本发明的目的之一是提供一种生产锂离子电池正极材料无定形前驱体的方法，所述锂离子电池正极材料无定形前驱体基本结构式为M_yPO₄，其中M可以是Fe、Mn、Co、Ni或其他金属或其混合物。本发明的主要目的是提供一种由本发明制备的无定形前驱体生产锂离子电池正极材料的方法，用于制备低阻抗、高能量密度的Li_xM_yPO₄正极材料，该Li_xM_yPO₄正极材料由于原材料丰富价廉，反应可控，产品粒径具有良好的均匀性，以及生产加工耗时耗能低而具有低的综合生产成本。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种生产锂离子电池正极材料无定形前驱体的方法，所述无定形前驱体为MyPO₄，其特征在于所述方法为：在水、水溶液或溶剂存在的条件下使选自M金属硫酸盐、M金属硝酸盐和M金属卤化物中的至少一种可溶物与可溶性磷酸盐反应生成沉淀，经洗涤压滤收集干燥获得无定形前驱体；其中M金属选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、F e、Co、Ni、Cu、Zn的一种金属或两种以上金属的任意组合；y取值在0.5～1.5之间；溶液中反应的温度控制在5℃~25℃。

优选的，所述方法中M金属硫酸盐选自硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍和硫酸锰的一种或两种以上的任意组合；M金属硝酸盐选自硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍和硝酸锰的一种或两种以上的任意组合；M金属卤化物选自卤化铁、卤化钴、卤化镍和卤化锰的一种或两种以上的任意组合。