[发明专利]锂离子导电络合物改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及锂离子导电络合物改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的二次电池，因其具有比能量高、单电池开路电压高、工作温度范围宽、无记忆效应、储存寿命长等优点，已在军事和民用便携式电子产品和通讯工具的二次电池市场中占据了最大的份额。近年来，已有不少公司和研究机构致力于开发在电动汽车、航空航天、储能等领域应用的大功率和大容量锂离子电池。其中东芝公司自行研制的锂离子电池SCiB系统，已在2011年作为汽车动力电池为三菱汽车配套并拟定向德国大众和法国标致雪铁龙公司供货。美国的A123公司在2008年率先开发出了2MW的锂离子储能电池；Altair Nanotechnologies公司已建立1MW/250kWh的拖车式锂离子电池储能系统。锂离子电池的迅猛发展，得益于新型电池材料的开发和工艺技术的进步。其中，正极材料作为绝对关键性材料，其性能和价格直接决定着锂离子电池的性能和成本。因此，锂离子电池正极材料的研究和开发对于提高锂离子电池性能和拓宽其应用领域具有重要意义。

目前使用的锂离子电池正极材料主要包括LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄等。但Co系材料有毒且Co资源十分有限；Ni系材料的合成条件苛刻；Mn系材料因Jahn-Teller效应导致循环性能不理想。具有橄榄石晶型的磷酸铁锂(LiFePO₄)由于原料来源丰富、安全性高、充放电平台稳定、比容量高、热稳定和循环性能优异等，近年来被公认为是最具前景的锂电池正极材料。然而常温下LiFePO₄的电子导电率和锂离子扩散系数均较低，这将直接导致其大电流充放电性能差，难以在大功率电池中得到应用。通过在LiFePO₄表面包覆导电材料(如碳、金属、导电聚合物)或进行金属离子掺杂，不仅可提高材料的电子导电率、减少电池的极化，而且还能为LiFePO₄正极材料提供电子隧道，补偿Li⁺在脱嵌过程中的电荷平衡。但通过包覆导电材料或金属离子掺杂的方法虽能改善LiFePO₄的电子导电性能，但并不能有效地解决LiFePO₄中锂离子扩散系数低的缺点。对LiFePO₄颗粒尺寸进行纳米化，从而减少锂离子在颗粒中的扩散距离，能够在一定程度上提高锂离子扩散性能。然而颗粒的纳米化使得LiFePO₄材料的结构及表面稳定性变差。而稳定性变差的LiFePO₄颗粒在电解液中，特别是高温下(＞45℃)，性能将迅速恶化，无法满足电动车辆对其长寿命的要求。另外，颗粒尺寸越小，材料的振实密度就越低，这将极大地降低电池的体积比功率。

锂离子导电络合物可利用锂盐中的锂离子作为电荷载流子，通过锂离子与聚合物分子链中的配位基团的络合与解络合，并借助于聚合物链段的运动，实现锂离子在聚合物介质中的迁移而表现出较高的锂离子电导率。若能将具有优良锂离子扩散性能的这种络合物与磷酸铁锂复合，将有助于提高磷酸铁锂的锂离子扩散性能，从而显著改善磷酸铁锂电池的大电流充放电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池的锂离子导电络合物改性的磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

本发明提供的一种锂离子导电络合物改性的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，它由磷酸铁锂与锂离子导电络合物组成；其中磷酸铁锂与锂离子导电络合物的质量比例为100/5～100/50，在所述的锂离子导电络合物中包含有机聚合物和锂盐，所述的有机聚合物的分子链上含有可与锂盐发生配位作用的原子或原子团，其中有机聚合物与锂盐的用量分别用聚合物的总重复单元的摩尔数与Li⁺的摩尔数表示，聚合物重复单元/Li⁺＝5/1～20/1。