[发明专利]磷酸铁锂正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂正极材料，尤其是一种具有良好的大电流充放电性能的磷酸铁锂正极材料。

背景技术

锂离子二次电池以其高能量密度、高放电电压、比容量大和自放电率低等优点迅速在移动电话、笔记本电脑、电动工具以及电动汽车等领域取代了传统电池。国内研究较多的正极材料主要包括LiCoO₂，LiNiO₂和LiMn₂O₄，其中层状结构的LiCoO₂其因电极性能良好，是市场上商品锂离子电池广泛采用的正极材料，但存在价格高、污染大等缺点；尖晶石结构的LiMn₂O₄近年来得到广泛深入的研究，但因其容量偏低，高温下容量衰减严重等问题，应用范围仍受一定的限制；与结构相似的LiCoO₂相比，LiNiO₂具有容量高，功率大等优点，但存在合成困难、热稳定性差等问题，其实用化进程一直较缓慢。铁的资源丰富，环境友好，价格便宜，因此铁系正极材料越来越受到人们的关注。

在所有铁系材料中最有应用前途的是橄榄石型LiFePO₄，其理论容量是170mAh/g，相对于锂金属负极的稳定放电平台是3.4V左右，原料资源丰富，价格便宜，无毒，有利于环保，热稳定性好，安全性高，而且采用常规的高温固相法即可方便制得。LiFePO₄存在的主要问题是它的电导率低，大电流充放电性能还有待于进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好的大电流充放电性能的磷酸铁锂正极材料。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磷酸铁锂正极材料，其化学式为Li_1-xMg_x/2FePO₄/C，其中0.01≤x≤0.04。

LiFePO₄在电化学性能上存在缺陷的主要原因就是锂离子的扩散速率较小，且其自身的电子导电率也较低(LiFePO₄的电子导电率约为10⁹～10⁹S/cm，锂离子在LiFePO₄—FePO₄两相之间的扩散系数为1.8＊10^-14cm²/s)，较低的导电率及锂离子的扩散速率成为电极过程的制约因素，造成该材料的锂离子脱嵌可逆性较差。本发明正极材料Li_1-xMg_x/2FePO₄/C是一种对LiFePO₄进行镁离子掺杂并添加碳后得到的复合正极材料。在LiFePO₄中掺杂镁金属离子，镁金属离子因为和锂离子一样配位数为6，但离子半径却比锂离子小，因而易于进入LiO₆八面体的间隙中以部分取代锂的位置，形成稳定的橄榄石结构使得LiFePO₄的电化学性能得到提高。在LiFePO₄添加碳，碳均匀地分布在LiFePO₄晶粒之间或包覆在LiFePO₄晶粒的表面，使LiFePO₄晶粒的导电性能明显提高，采用这种LiFePO₄正极材料的电极得到内阻降低，改善了电池的电化学性能尤其是倍率性能。同时，添加碳还能抑制在合成过程中LiFePO₄晶粒的生长，使得LiFePO₄晶粒变小且分布均匀，避免了电极充电时因晶粒过大而脱锂不彻底、以及放电时锂离子在大小晶粒之间分配不成比例、迁移距离不同对电池性能的不利影响，提高了LiFePO₄的容量发挥和循环性能。

本发明磷酸铁锂正极材料可采用碳源、锂源、铁源、镁源和磷源按照高温固相法得到。该高温固相法与制备LiFePO₄的常规高温固相法相同。