[发明专利]锂金属磷酸盐、其制备和用途

说明书

本发明提供了一种锂过渡金属磷酸盐材料，其包含掺杂有非常精确量的铝掺杂物的磷酸铁锂，该材料具有式Li_yFe_1‑xAl_xPO₄，其中0.8≤y≤1.2且0.0120≤x≤0.0180。当x处于该范围内时，可改善所述材料的容量，并且观察到铝在锂金属磷酸盐中的良好或优异分布。

技术领域

本发明涉及锂过渡金属磷酸盐材料、其制备以及在二次锂离子蓄电池中作为阴极材料的用途。

背景技术

具有橄榄石型结构的锂金属磷酸盐已作为有前景的阴极材料出现在二次锂离子蓄电池中。与其他锂化合物相比，锂金属磷酸盐的优点包括以下事实：其对环境相对友好，并且在蓄电池处理和操作期间具有优异的安全特性。

熔融方法、水热方法和固态方法是用于制备锂金属磷酸盐的最常见的合成途径。

锂金属磷酸盐的相对较差的电化学性能已归因于其较差的电子传导性，并且其性能已通过用导电碳涂覆粒子而显著改善。

仍需要如下锂金属磷酸盐，其可通过简单、高性价比和可扩展的方法制得，采用低成本前体，并且表现出相当或改善的电化学性能。

发明内容

本发明人已发现，可通过添加非常精确量的铝掺杂物来改善磷酸铁锂的电化学性能。因此，在第一优选方面，本发明提供了碳涂覆的颗粒状锂金属磷酸盐，其具有式

Li_yFe_1-xAl_xPO₄

其中0.8≤y≤1.2且0.0120≤x≤0.0180。

本发明人已发现，当x处于该范围内时，可改善所述材料的容量，并且观察到铝在锂金属磷酸盐中的良好或优异分布。

可优选的是，碳涂覆的锂金属磷酸盐是通过固态方法制备的。例如，该方法可涉及研磨，诸如高能研磨。因此，在第二优选方面，本发明提供了用于制备根据本发明的碳涂覆的颗粒状锂金属磷酸盐的方法，所述方法包括

(i)研磨步骤，在该研磨步骤中将含锂前体、含铁前体、含铝前体和含碳前体混合并进行研磨；以及

(ii)煅烧步骤，在该煅烧步骤中将所述研磨步骤的产物煅烧以得到所述碳涂覆的颗粒状锂金属磷酸盐。

本发明还提供了通过或能够通过第二方面的方法而获得的碳涂覆的锂金属磷酸盐。

在另外优选方面，本发明提供了本发明的碳涂覆的锂金属磷酸盐用于制备二次锂离子蓄电池的阴极的用途。在另外优选方面，本发明提供了一种阴极，其包含本发明的碳涂覆的锂金属磷酸盐。在另外优选方面，本发明提供了一种二次锂离子蓄电池，其包括包含本发明的碳涂覆的锂金属磷酸盐的阴极。该蓄电池通常还包括阳极和电解质。

附图说明

图1A示出了实施例1中所制备样品的TEM图像，并且图1B示出了该样品中铝的分布。

图2A示出了实施例4中所制备样品的TEM图像，并且图2B示出了该样品中铝的分布。

图3A示出了实施例5中所制备样品的TEM图像，并且图3B示出了该样品中铝的分布。

图4示出了实施例1、2、3和4的样品的电化学性能。

图5示出了实施例1、2、3和4在3C和10C处的比容量与Al含量之间的关系。

图6示出了实施例5、6和7的样品的电化学性能。

图7示出了实施例5、6和7在3C和10C处的比容量与Al含量之间的关系。

具体实施方式