[发明专利]一种磷酸锂铁锰/碳阴极材料的制造方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸锂铁锰/碳(LFMP/C)阴极材料，特别是一种以固相法合成磷酸锂铁锰/碳(LFMP/C)阴极材料的制造方法及其用途。

背景技术

近年来，锂离子二次电池的性能，随着材料及电化学技术不断的发展，已明显的提升，且大量使用在各类3C产品上。

锂离子二次电池的基本架构，包括：(1)阳极材料(Anode material)、(2)电解液(Electrolyte)、(3)隔离膜(Separator)以及(4)阴极材料(或称正极材料，Cathode material)四个部分，其中，阴极材料的活性物质，不但主导着锂离子二次电池的电容量大小，也决定着锂离子二次电池的安全性。因此，应用于锂离子二次电池的理想阴极材料，需具备优异的克电容量以及材料热稳定性。

在现有技术中，适用于制成二次锂离子电池的圆形阴电极，有锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂锰氧化物(LiMn₂O₄)和磷酸锂铁(LiFePO₄)等阴极材料。使用上，上述四种阴极材料皆有其缺点，导致锂离子二次电池的发展受到限制。

例如，锂钴氧化物(LiCoO₂)除原料来源缺乏价格昂贵外，还有环保的问题；锂镍氧化物(LiNiO₂)的重量能量密度较高，热稳定性较差；锂锰氧化物(LiMn₂O₄)在放电下的结构稳定性较佳，但锰离子易溶解于电解质液中，电容量不高；磷酸锂铁(LiFePO₄)虽具结构稳定、无毒、成本较低及安全性较高的特点，却也存在着「电子导电度低」与「锂离子扩散系数低」的缺点。

为解决上述阴极材料的问题，现有技术的解决方案，包括将锂钴氧化物(LiCoO₂)与锂镍氧化物(LiNiO₂)掺和成锂钴镍氧化物(二元)阴极复合材料，分子式为LiCo_1-xNi_xO₂，或将锂镍氧化物(LiNiO₂)和锂锰氧化物(LiMn₂O₄)改变为锂镍锰氧化物(二元)阴极复合材料，分子式为LiNi_1-xMn_xO₂，或将锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)与和锂锰氧化物(LiMn₂O₄)三种材料合成为锂钴镍锰氧化物(三元)阴极复合材料，分子式为LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂。

然而，二元或三元阴极复合材料的缺点，又在于结构愈复杂，即表示合成方法越加困难，不利在产业上利用及生产，导致锂离子二次电池的发展仍然受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于公开一种制程简单且具备优异的克电容量及材料热稳定性的磷酸锂铁锰/碳(二元)阴极复合材料，分子式为LiFe_1-yMn_yPO₄/C，且0<y<1，可以有效解决锂锰氧化物(LiMn₂O₄)及磷酸锂铁(LiFePO₄)阴极材料的缺点。

所述磷酸锂铁锰/碳阴极复合材料的制造方法，以固相法或喷雾干燥法合成磷酸锂铁锰阴极复合材料，且在合成过程中使用不同碳源或碳材对磷酸锂铁锰阴极复合材料进行包覆碳层改性，凭借所添加的碳源或导电碳材均匀分散于磷酸锂铁锰活性物质的表面上，增加粒子与粒子间的电子传导路径，有效改善及提高磷酸锂铁锰活性物质的导电度，故所制得的磷酸锂铁锰/碳阴极复合材料具有非常好的高功率特性与良好的充/放循环寿命，在进行高速率充/放电下，具有极佳的稳定性及克电容量。

所述磷酸锂铁锰/碳阴极复合材料使用固相法的制备步骤，包括：

1.选择一定比例的锂源、铁源、锰源及磷酸源为原料；

2.选择一定使用量的碳源及还原剂；或视情况需要，另选择一定使用量的导电碳材；

3.将锂源、铁源、锰源、磷酸源、碳源五种原料，以及需要加入的导电碳材，直接做固相混合及研磨；