[发明专利]一种高电压磷酸盐锂离子电池正极材料的合成方法

说明书

一种高电压磷酸盐锂离子电池正极材料的合成方法，属于锂离子电池的技术领域，以锂源、铁源、锰源、磷源、碳源为原料，通过固相反应法制备，所述的原料中还加入了金属氧化物，所述的金属氧化物选自氧化钛、氧化铝、氧化镁和五氧化二铌中的一种或任意组合，所述合成方法包括以下步骤：A、将锂源、铁源、锰源、磷源、碳源、金属氧化物在空气气氛下进行煅烧；B、取煅烧料，加入碳源和研磨介质，研磨；C、将研磨浆料真空烘干；D、将反应粉料在保护气氛下进行烧结，降温至室温，粉碎、过筛，得到高电压磷酸盐锂离子电池正极材料。本发明合成方法制造的锂离子电池，既有三元正极电池的高电压特性，也有磷酸铁锂电池高安全、低成本的特性。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种正极材料，具体涉及一 种高电压磷酸盐锂离子电池正极材料的合成方法。本发明合成方法制造的 锂离子电池，既有三元正极电池的高电压特性，也有磷酸铁锂电池高安全、 低成本的特性。

背景技术

锂离子电池是新一代绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环 性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用 于电话、笔记本电脑、电动工具等，在电动汽车中也具有良好的应用前景， 被人们认为是21世纪具有重要意义的高能技术产品。

近来，三元正极材料(Li[Ni-Co-Mn]O₂)由于具有较高的放电容量， 最大的重量和体积比能量，环保性好，毒性小等优点成为了当今产业和应 用的热点。它结合了LiCoO₂的优良的循环性能，LiNiO₂的高放电容量，以 及LiMnO₂优异的安全性能，成为了高能量密度混合动力汽车用锂离子电池 正极材料。但是三元材料最大的问题是容易析氧，造成电池体系的燃烧和 爆炸。随着电动汽车的产量增加，爆炸和着火现象越来越多，人们开始谨 慎使用三元材料。

磷酸铁锂材料是1997年被发现的，由于以磷酸铁锂制造的锂离子电池 具有极好的安全性，成本性，资源性，以及良好的循环性能等优点成为了 当今研究的热点。在大型电动汽车、储能电站和军事用途等方面都具有广 泛的应用前景。目前，磷酸铁锂电池已经做到和铅酸电池接近的成本价格， 未来的制造成本还可能进一步降低。

磷酸铁锂正极的主要缺点，是平台电压只有3.2V，距离三元材料、钴 酸锂和锰酸锂的3.7V电压偏低了30％左右。这样会造成电池体系的比能量 降低，成本升高。如何提高磷酸盐正极材料的体系电压，成为学术界和产 业界主要的研究热点之一。

实验发现，磷酸铁锂中掺入锰离子后，锂离子电池电压放电平台可以 达到4V左右，中值放电电压可以提高到3.7-3.8V，已经与三元正极材料相 当。但是，目前制造的高电压磷酸铁锂(或者叫磷酸锰铁锂)还存在循环 寿命短，自放电大，材料因为比表面积高而导致的加工困难等问题。国内 多家企业都在开发相关的正极材料以及电池产品，但因技术困难无一例成 功，例如比亚迪在2014年就提出将该体系应用于电动汽车领域，至今未见 实现。

传统的该材料体系合成，一般采用碳酸锰，草酸亚铁，碳酸锂等作为 原料，以上材料的加工难度较大，特别是研磨过程中极易变质，造成浆料 粘度大幅度增加，研磨效率下降，从而导致材料的微观成分不均匀，造成 材料的电化学性能不佳。

发明内容

基于以上问题，本发明设计了一种高电压磷酸盐锂离子电池正极材料 的制备方法，以该材料体系制造的锂离子电池，既有三元正极电池的高电 压特性，也有磷酸铁锂电池高安全、低成本的特性。因为造价很低，可以 在很多要求成本低廉的场合使用，有可能成为铅酸电池的替代者。

本发明为实现其目的采用的技术方案是：

一种高电压磷酸盐锂离子电池正极材料的合成方法，以锂源、铁源、 锰源、磷源、碳源为原料，通过固相反应法制备，所述的原料中还加入了 金属氧化物，所述的金属氧化物选自氧化钛、氧化铝、氧化镁和五氧化二 铌中的一种或任意组合，所述合成方法包括以下步骤：