[发明专利]高功率锂电池正极材料的制备方法及锂电池

说明书

技术领域

本发明是涉及一种锂电池正极材料的制备方法及锂电池，特别是涉及一种以还原-溶液法为主要手段的高功率锂电池正极材料的制备方法，以及应用此制备方法所制成的正极材料的锂电池。

背景技术

可充电式锂电池(又称二次电池)具有诸多优点包括：高工作电压(3.4-3.8 Volt)、大能量密度(>185Wh/Kg，瓦小时/千克)、重量轻、寿命长、环保等等，目前已被大量使用在3C电子产品上，例如移动电话(Mobile Phone)、笔记本计算机(NB/PC)、平板计算机(Tablet PC)、摄像机(Camcorder)以及数码相机(Digital Camera)等等。根据IIT2009年的统计预估，全球锂电池芯的销售量约达30.5亿颗，其中约有44％是使用在移动电话和手持装置上，约有31.4％是使用在笔记本电脑上，且约有5.5％是使用在其他消费性电子产品上，这三类产品使用的锂电池芯就占了市售量的80％左右。另外，近年来全世界各主要国家为了因应温室效应所造成全球气候异常的问题以及降低对石油的依赖，无不积极地发展兼具低污染、低油耗的油电混合车，此因素亦促使锂电池的需求量大增。

磷酸锂铁(LiFePO₄)由于具备结构稳定、无毒、成本较低及安全性较高的潜在优势，且理论克电容量可达170mAh/g(毫安小时/克)，因此被业界看作新一代锂电池理想的正极材料之一。习知的磷酸锂铁的合成方法包括：溶胶-凝胶法(Soi-gel method)、共沉淀法(Co-precipitation method)、固态反应法(Solid-state method)、喷雾裂解法(Spray pyrolysis method)、水热合成法(Hydrothermal method)等，所制成的磷酸锂铁虽具橄榄石状特殊结构，然而目前磷酸锂铁正极材料还存在电子导电度低与锂离子扩散系数低等缺陷。

为了改善前述的缺失，现有技术中提出“将磷酸锂铁与碳材料通过球磨法予以复合而提高电子导电性”及“在烧成磷酸锂铁的原料混合时添加糖类， 经由糖类的碳化作用在磷酸锂铁粒子表面被覆导电碳材”的技术方案，然而，此等技术方案均无法有效率地进行碳被覆，同时还会产生一些不安定的因素。有鉴于现有技术存在的缺失，本发明人遂以其多年从事相关领域的设计及制造经验，并积极地研究如何才能提升合成碳包覆磷酸锂铁材料的效率，在各方条件的审慎考虑下终于开发出本发明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种可兼顾电子传导性与锂离子传导性的高功率锂电池正极材料的制备方法，以及应用此制备方法所制成的正极材料的锂电池。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种高功率锂电池正极材料的制备方法，其包括：1)以固相混合方式将含锂前驱物、含铁前驱物、含碳固体前驱物与含磷酸根原料混合均匀，其中所述含锂前驱物、所述含铁前驱物及所述含磷酸根原料的摩尔比为1.0-1.1:1:1-1.05；2)将步骤1)所得的固相混合物在500℃至575℃的温度下进行煅烧处理，以得到煅烧生成物；3)在步骤2)所得的所述煅烧生成物中加入含碳液体前驱物，以形成两相混合物，其中所述煅烧生成物的含量为98至99wt％(重量百分比)，所述含碳液体前驱物的含量为1至2wt％；以及4)将所述两相混合物在625℃至750℃的温度下进行烧结处理，以形成烧结生成物。

优选地，在上述步骤1)中，还包括：先将所述含锂前驱物、所述含铁前驱物与所述含碳固体前驱物混合均匀后，再进一步混入含磷酸根原料，并在100℃至120℃的温度下对所述固相混合物进行热处理。

优选地，在上述步骤2)中，所述煅烧处理是于空气中进行且持续7至10小时。

优选地，在上述步骤2)与步骤3)之间，还包括：将所述煅烧生成物粉碎以形成粉末状。

优选地，在上述步骤3)中，还包括：在100℃至120℃的温度下对所述含碳液体前驱物与形成粉末状的所述煅烧生成物的混合物进行热处理。

优选地，还包括：对经热处理的所述混合物进行研磨处理。

优选地，在上述步骤4)中，所述烧结处理是于空气中进行且持续10至 15小时。

优选地，在上述步骤4)的后，还包括：对所形成的所述烧结生成物进行筛分及研磨处理。