[发明专利]改性磷酸铁锂、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种氮、硫共掺杂金属氧化物、其制备方法和锂离子电池。本发明所述氮、硫共掺杂金属氧化物的制备方法包括：1)将金属氧化物、氮源和硫源在压力1MPa～30MPa且密闭的条件下反应，干燥；2)将所得产物在惰性气氛中进行热处理，得到氮、硫共掺杂金属氧化物。本发明还提供了采用上述氮、硫共掺杂金属氧化物改性的磷酸铁锂，其克服了磷酸铁锂正极材料面临的锂离子扩散系数低，倍率性能和循环稳定性差等突出问题。采用上述改性磷酸铁锂制成的电池具有优异的电化学性能，其0.1C倍率下的放电比容量在157mAh/g，首次充放电效率在96.5％以上，其倍率性能(1C/0.1C保持率)在96.8％以上。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料及其制备领域。涉及一种氮、硫共掺杂金属氧化物、其制备方法和锂离子电池，尤其涉及一种氮、硫共掺杂金属氧化物、其制备方法、包含该金属氧化物的改性磷酸铁锂和锂离子电池。

背景技术

高能量密度、高安全性和长循环寿命是锂离子电池未来的主要发展方向，其中，占锂离子电池成本35％左右的正极材料则是决定上述三要素的关键材料，是决定锂离子电池更新换代的核心技术。

目前商业化锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂等正极材料。其中，磷酸铁锂正极材料的理论比容量为170mAh/g，可逆充放电比容量较高，同时又具有原材料来源广泛、安全性好、循环寿命长、绿色无污染等突出优势，已成为目前较为理想动力型和储能型锂离子电池正极材料，在新能源汽车和大型储能领域具有广阔的应用前景。

磷酸铁锂正极材料是极具发展前景的正极材料之一，但是纯的磷酸铁锂正极材料的电子导电性和离子导电性以及振实密度较低，导致磷酸铁锂充放电循环性能不能全部发挥而影响其被广泛应用，而且在大电流放电时容量衰减严重，这限制了该材料的应用。

CN 107359336A公开了一种磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：a)将铁源、磷源、锂源和碳源混合均匀，在保护性气氛下进行煅烧，得到煅烧物；b)将煅烧物研磨后，干燥；c)将干燥后的煅烧物在保护性气氛下进行再次煅烧，得到磷酸铁锂。但是，该专利分别采用两次长时间研磨和高温煅烧法制备磷酸铁锂既增加了能耗又使得制备工艺复杂化，而且技术方案中没有进行金属离子掺杂，并不能从根本上解决磷酸铁锂离子导电性差的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种氮、硫共掺杂金属氧化物、其制备方法和锂离子电池。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种氮、硫共掺杂金属氧化物的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将金属氧化物、氮源和硫源在压力1MPa～30MPa且密闭的条件下反应，干燥得到第一产物；

(2)将第一产物在惰性气氛中进行热处理，得到氮、硫共掺杂金属氧化物。

上述方法中，步骤(1)所述压力在压力1MPa～30MPa，例如1MPa、3MPa、5MPa、8MPa、10MPa、12.5MPa、18MPa、20MPa、25MPa或30MPa等，优选为3MPa～20MPa。

上述方法中，步骤(2)所述热处理为高温处理。