[发明专利]一种磷酸铁锂正极活性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂正极活性材料，还涉及该磷酸铁锂正极活性材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为高比容量的化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车、空间电源的首选配套电源，成为可替代能源的首选。

磷酸亚铁锂(LiFePO₄)是锂离子电池正极活性物质的研究热点。初步研究表明，LiFePO₄集中了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₄等材料的各自优点：不含贵重金属，原料廉价，资源极大丰富；工作电压适中(3.4V)；平台特性好，电压平稳，理论容量大(170mAh/g)；结构稳定，安全性能佳(氧与磷以强共价键牢固结合，使材料很难析氧分解)；高温性能和循环性能好；充电时体积缩小，与碳负极材料配合时的体积效应好；与大多数电解液系统相容性好，储存性能好并且无毒，可以作为真正的绿色能源。

但是，LiFePO₄这种材料的电子导电性能较差，因而使得电池的容量较低，极大地限制了由该材料制成的电池在较高电流密度下的应用。据报道，目前关于改善和提高正极活性材料的电子导电性能的方法，主要有表面混合或者包覆导电碳材料或导电金属微粒，提高母体材料颗粒间的电子电导率，但采用这些方法所得到正极活性材料使电池的容量仍然较低。

CN1797823A公开了一种用于二次锂电池的含氧空位磷酸铁锂正极材料，其化学式为LiFe_1-xM_xPO_4-yN_z，其中，M为Li，Na，K，Ag，Cu；0≤x≤0.1，0＜y≤1，0≤z≤0.5，且x、y、z不能同时为0，并同时满足下列条件：1)当x＝0，z＝0时，0＜y≤1；2)当x＝0，z≠0时，y≥3z/2；3)当z＝0，x≠0时，y≥x/2；4)当x≠0，z≠0时，y≥x/2+3z/2。该专利申请的目的在于提高电子电导率和离子电导率，从而使由该正极活性材料制成的锂离子二次电池的容量有所提高。但是，采用正极活性材料制成的锂离子二次电池的容量仍然较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的正极活性材料使锂离子二次电池的容量较低的缺陷，提供一种使锂离子二次电池的容量较高的磷酸铁锂正极活性材料。

本发明的另一个目的在于提供磷酸铁锂正极活性材料的制备方法。

本发明提供了一种磷酸铁锂正极活性材料，所述正极活性材料含有磷酸铁锂与一种混合物的烧结产物，所述混合物为选自IIA、IIIA、IVA、VA、IIIB、IVB和VB族中两种或两种以上金属的氧化物的混合物。

本发明还提供了该磷酸铁锂正极活性材料的制备方法，该方法包括，将磷酸铁锂与一种混合物混合均匀，然后在惰性气体和/或还原气体气氛下加热至600-900℃烧结2小时以上，所述混合物为选自IIA、IIIA、IVA、VA、IIIB、IVB和VB族中两种或两种以上金属的氧化物的混合物。

本发明还提供了该磷酸铁锂正极活性材料的制备方法，该方法包括，将锂源、铁源、磷源与一种混合物混合均匀，然后在惰性气体和/或还原气体的气氛下在600-900℃的温度下烧结2-48小时；所述混合物为选自IIA、IIIA、IVA、VA、IIIB、IVB和VB族中两种或两种以上金属的氧化物的混合物。

本发明提供的磷酸铁锂正极活性材料及其制备方法，可有效提高该正极活性材料的电导率，改善该正极活性材料的电化学性能，从而可以很大地提高由该正极活性材料制成的锂离子二次电池的容量，使电池的首次放电比容量达到125毫安时/克以上，循环容量衰减很低，倍率放电容量保持率非常高。

具体实施方式

本发明提供的磷酸铁锂正极活性材料含有，磷酸铁锂与一种混合物的烧结产物，所述混合物为选自IIA、IIIA、IVA、VA、IIIB、IVB和VB族中两种或两种以上金属的氧化物的混合物。

根据本发明提供的正极活性材料，在优选情况下，形成所述烧结产物的所述磷酸铁锂与所述混合物的摩尔比为1∶0.001-0.1，更优选为1∶0.002-0.05。

根据本发明提供的正极活性材料，在优选情况下，所述混合物为选自IIA、IIIA、IVA、VA、IIIB、IVB和VB族中两种金属的氧化物的混合物，其中，一种金属氧化物的重量为另一种金属氧化物的0.5-20重量％、优选为1-15重量％。