[发明专利]一种磷酸盐材料、其制备方法和用途在审

专利信息
申请号: 201310533875.3 申请日: 2013-10-31
公开(公告)号: CN104591111A 公开(公告)日: 2015-05-06
发明(设计)人: 李汝文 申请(专利权)人: 惠州市科拓动力电池有限公司
主分类号: C01B25/45 分类号: C01B25/45;H01M4/58
代理公司: 广州三环专利代理有限公司 44202 代理人: 温旭
地址: 516269 广东省惠*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 磷酸盐 材料 制备 方法 用途
【说明书】:

技术领域

发明涉及能源材料技术,尤其涉及一种用于锂离子电池正极材料的磷酸盐材料、其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池,具有电压高、比能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点,广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、摄影机、电子仪表等,在UPS、电动代伐工具、电动汽车、储能电池等领域也具有光明的应用前景。近年来,锂离子电池的产量飞速增长,应用领域不断扩大,已成为在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。

目前,锂离子电池在便携式电子产品用的小型电池领域已日趋成熟,应用范围正逐步向中大容量、中高功率的动力型和储能型电池领域拓展。正极材料研究和性能改进是锂离子电池发展的核心之一。已在小型电池领域得到广泛应用的成熟的正极材料,包括钴酸锂、锰酸锂以及多元复合材料等尚不能满足要求。这是因为这些正极材料的安全性、环保性等都不能满足大型动力电池的需求。

橄榄石结构的磷酸盐正极材料已成为国内外的研究热点。该材料具有许多优点,比如:原料廉价,资源丰富;结构稳定,安全性能极佳(LiMPO4中的O与P以强共价键结合,材料在脱嵌锂过程中很难发生析氧分解反应);高温性能和热稳定性明显优于已知的其他正极材料;循环性能优良;无毒,为真正的绿色材料。与传统的其他正极材料相比,磷酸盐正极材料在成本、高温性能、安全性方面具有非常突出的优势,有望成为动力型和储能型锂离子电池理想的正极材料。目前,磷酸盐正极材料主要是以磷酸铁锂和磷酸锰锂为主,但是磷酸铁锂材料的电压平台只有3.4V,固其能量密度非常低,严重影响了其应用。而磷酸锰锂的导电性差,容量低。

目前LiFexMn1-xPO4的主要问题是导电性不好,导致电压和容量较低;LiFexMn1-xPO4的合成往往会是LiFePO4和LiMnPO4的简单混合物,协同效应差,电压低,容量低,倍率性能差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有均匀的相的LiFexMn1-xPO4、能很好发挥LiFePO4和LiMnPO4的协同效应、具有较高容量和电压的磷酸盐材料的制备方法;本发明的另一目的在于提供一种采用所述方法制备得到的磷酸盐材料;本发明的再一目的在于提供所述磷酸盐材料在锂电池正极材料中的用途。

为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种磷酸盐材料的制备方法,所述方法包括以下步骤:

(1)将铁盐、锰盐、锂盐、碳源和铕源溶于含磷螯合剂的水溶液中,在50~110℃下充分搅拌,过滤,除去水分即得磷酸盐材料前驱体;

(2)将磷酸盐材料前驱体移入高温气氛炉中,在氩气、氮气或氮氢混合气气氛中,以5-10℃/min的速率加热升温到400-500℃,恒温焙烧1-4小时,然后再以5-10℃/min的速率升温到600-750℃,恒温焙烧6-12小时后自然冷却到室温,得到磷酸盐材料。

作为本发明所述磷酸盐材料的制备方法的优选实施方式,所述步骤(1)中,含磷螯合剂:铁盐+锰盐:锂盐:碳源:铕源的摩尔比为1:0.8~1.1:0.95~1.05:0.0~0.2:0~0.01,所述磷螯合剂的浓度为40~60wt%。所述步骤(1)中可加入或不加入铕源,优选地,所述步骤(1)中加入由铕源,铕源的加入能有效的提高所得磷酸盐材料的导电性,从而提高材料额容量,降低材料的极化,提高放电电压平台。加入铕源后制备得到的磷酸盐材料LiFexMn1-xPO4(0<x<1)固溶体的平均电压在3.7V左右,比磷酸铁锂的3.4V要高0.3V,室温下1C电流下的容量也达到156mAh/g,而一般磷酸锰锂的实际容量在120mAh/g左右,充分说明了铕源的加入使得所得磷酸盐材料LiFexMn1-xPO4(0<x<1)固溶体具有较高的导电性、较低的极化,从而使其具有较高的放电电压平台和容量。

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