[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂及其制备方法

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，尤其涉及一种以磷酸铁为原料用纳米陶瓷研磨分散机制备的磷酸亚铁锂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有比能量大、自放电小、质量轻和环境友好等优点而成为便携式电子产品的理想电源，也是未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。因此，锂离子电池及其相关材料已成为世界各国科研人员的研究热点之一（参见Zhang S S,Read J A．A new direction for the performance improvement of rechargeable lithium/sulfur batteries[J].Journal of Power Sources,2012,200:77-82;Xu B,Qian D,Wang Z Y,Meng Y S.Recent progress in cathode materials research for advanced lithium ion batteries[J].Materials Science and Engineering R,2012,73:51-65.）。

作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料历来是人们研究的重点。目前，锂离子电池主要使用的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiCo_xNi_1-xO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等。LiCoO₂材料已经实现商业化，已被广泛应用于小型锂离子电池，但钴有毒、资源储量有限、价格昂贵，安全性能和热稳定性较差；LiNiO₂的合成比较困难；LiMn₂O₄则存在理论容量低、循环性能较差的缺点。随着锂离子电池用量的迅猛增加和电动汽车对大容量锂离子电池的需求，迫切需要发展具有高安全性、高能量密度、高功率、循环寿命长、高环保及低价格的锂离子电池，为此需要开发出环境友好、原料资源丰富、性能优异的锂离子电池正极材料。1997年,Goodenough等（参见Padhi A K,Nanjundaswamyk S,Goodenough J B Phosphoolivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries[J].J Electrochem Soc,1997,144:l188-1194.）提出LiFePO₄可以作为正极材料，其中，LiFePO₄因结构稳定、资源丰富、安全性能好、对环境友好以及合适的电压等级(3.4V vs Li⁺/Li)和较高的比容量(170mAh·g^-1)受到广泛关注，LiFePO₄已经成为电池工作者竞相研究的热点材料。

但是，LiFePO₄存在一个由其晶体结构决定的致命缺点，那就是极低的电子导电率和离子扩散速率，大电流充放电时容量衰减迅速，高倍率性能差。研究者们使用了诸如包覆、掺杂、纳米化等方法改善倍率性能，其目的是提高电导率和缩短离子、电子的传输路径。其中只有合成纳米颗粒才不损失理论比容量，并且有助于削弱极化，减小电阻，改善大电流放电能力，进一步提高磷酸亚铁锂正极材料的电化学性能，所以纳米磷酸亚铁锂正极材料的合成制备受到了更多的关注。