[发明专利]一种高温锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池制备领域，具体涉及一种高温锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

高温安全性能是锂离子电池特别是动力型锂离子电池的焦点问题。当用于混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)时，大的充放电电流和较差的散热条件使得电池内部温度急剧升高。而常见的锂离子电池正极材料易在高温分解释放氧气，释放出的氧气与电解液(有机)发生燃烧反应，造成了很大的安全隐患。当安全设计不足时，很容易引起冒烟、着火乃至爆炸等严重事故，危害人身生命和财产安全。因此，锂离子电池及由其驱动的电子设备和动力汽车等产品在热带和高温等严苛条件下的应用格外谨慎。

目前商用的锂离子电池正极材料主要有：LiCoO₂，LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂，LiMn₂O₄和LiFePO₄，其中后两者的热稳定性和安全性能较好，尤以LiFePO₄最佳(Journal of Power Sources 191(2009)575-581,Chemical Reviews 104(2004)4271-4302)。S.T.Myung等人采用乳化干燥法制备了Al掺杂的尖晶石锰酸锂LiAl_0.3Mn_1.7O₄，将其装配成半电池在45℃下进行充放电测试，在0.2mA/cm²的电流密度下放电比容量约为108mAh/g，循环50圈后的容量衰减率为5％(Journal of the Electrochemical Society 148(2001)A482-A489)。Y.D.Li等人采用溶胶凝胶法在LiFePO₄/C颗粒的表面包覆SiO₂将LiFePO₄在55℃的容量保持率由91％提高到94％，但是材料的比容量却随之降低(Journal of Alloys and Compounds 509(2011)957-960)。因此，现有正极材料仍然存在结构不稳定和高温性能欠佳的缺点，严重不能满足电动汽车对锂离子电池的要求特别是高温安全要求。

LiVPO₄F是一种近年才提出的新型锂离子电池正极材料(Journal of the Electrochemical Society 150(2003)A1394-A1398)，具有结构稳定、工作电压高(4.3V vs.Li/Li⁺)和能量密度高(667Wh/Kg)等特点(Electrochemistry Communications 11(2009)589-591)。考虑到我国钒资源储量居世界第三位，LiVPO₄F在我国具有得天独厚的发展前景。但是，其复杂的合成工艺、较低的充放电效率和较差的循环性能限制了它的快速发展和应用，同时其高温性能也有待考察和改进。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种高温锂离子电池正极材料及其制备方法，该方法工艺简单、操作容易、生产成本低廉，可改善锂离子电池的高温性能和安全性能。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种高温锂离子电池正极材料，所述的正极材料的化学式为(Li_1-xM_1x)(V_1-yM_2y)PO₄F，其中M₁和M₂均为Na、K、Mg、Ca、Sr、Y、La、Ti、Zr、Nb、Cr、Mo、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、In中的一种，0＜x≤0.2，0＜y≤0.4。

一种高温锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照化学式(V_1-yM_2y)PO₄将钒源、磷源、M₂添加剂源和碳源混合均匀，碳源加入量按照碳与磷摩尔比(1.2～1.5):1，在600～800℃保护性气氛下热处理2-10h，粉碎研磨得中间体；