[发明专利]超微球颗粒连接的锂离子电池用球形正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种超微球颗粒连接的锂离子电池用球形正极材料及其制备方法。

背景技术

在能源危机、节能环保问题日益突出的背景下，20世纪90年代初实现商品化的锂离子电池由于具有重量轻、工作电压高、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽等优点，成为最有希望的电动汽车用动力电池，但是该动力电池在市场化过程中也存在很多问题。对于正极材料而言，以下几项关键问题需解决。一、高安全性能：在过充电、过放电等情况下不起火、不爆炸；二、高倍率充放电性能：能够进行瞬间大电流放电和充电；三、长循环寿命性能：满足车辆在行驶过程中的反复充放电要求。

目前常用的正极材料有锂过渡金属氧化物如层状结构的LiCoO₂和尖晶石结构的LiMn₂O₄，但是LiCoO₂材料由于抗过充电及热稳定性较差，同时钴价格昂贵、资源短缺，不适合用于锂离子动力电池。LiMn₂O₄稳定性好、耐过充电，但由于Jahn-Teller效应引起该材料结构的收缩与膨胀以及锰的溶解导致容量衰减尤其是在高温下容量衰减更快，限制了其发展。

1997年Padhi A K(Padhi A K，Nanjundaswamy K S，Goodenough J B.Phospho-olivines as positive electrode materials for rechargablelithium batteries[J].J Electrochem Soc，1997，144(4)：1188-1190.)首次报导了磷酸铁锂具有脱嵌锂功能，橄榄石结构的LiFePO₄及单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃含有(PO₄)^3-阴离子结构单元，这些结构单元通过强共价键连成三维网络结构并形成更高配位的由其它金属离子占据的空隙，因此即便是大量锂离子脱嵌(Δx→1)，该类材料的晶体框架结构也很稳定，具有较好的循环性能和安全性能。但是由于该类型正极材料的电子电导率和离子扩散速率比较低，高倍率放电性能较差，限制了该材料在商业化电池中的应用。

在颗粒表面包覆碳是目前常用的提高材料高倍率性能的改性措施，可有效提高材料的电导率。同时，减小颗粒尺寸来制备纳米级材料，这有助于缩短锂离子的扩散距离，但是高温固相法制备的超微颗粒通常为无规则形状，且粒子极易团聚，制备电极浆料时不易均匀分散，需要更多的粘接剂，从而导致充放电过程中极片局部区域极化大，不利于高倍率放电。

中国专利CN1773754、CN101152961、CN101162776、CN101081696、CN101330141和CN101436667都公开了利用喷雾法制备球形正极材料的方法，这些方法通过喷雾干燥得到球形混合粉体前驱体，然后再进行预烧或直接高温烧结，有的还在预烧或高温烧结后再进行粉化、整形处理，从而得到球形或者类球形材料，同时由于原料盐的热分解及脱水还会使材料出现多孔形貌。这些技术方案全部是在对材料进行预烧或高温烧结之前进行喷雾干燥得到球形前驱体，因而在预烧或热处理过程中由于原料盐的热分解及脱结晶水会破坏材料中一次颗粒的形貌和结构，而在预烧以后再将碳源和预烧的粉末进行球磨混料，喷雾干燥，则可以得到均匀碳包覆的超微球颗粒连接球形前驱体，经过高温烧结后则得到超微球颗粒连接球形正极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种超微球颗粒连接的锂离子电池用球形正极材料，以提高其使用性能。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种超微球颗粒连接的锂离子电池用球形正极材料的制备方法。

本发明是这样实现的，超微球颗粒连接的锂离子电池用球形正极材料，所述的正极材料为LiFePO₄/C或Li₃V₂(PO₄)₃/C。

超微球颗粒连接的锂离子电池用球形正极材料的制备方法，所述的方法包括如下步骤：