[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，以及该锂离子电池正极材料的制备方法。

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；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。

然而，磷酸铁锂的电导率很低，高倍率充放电性能较差，放电比容量较低，而且，在电流较大的情况下，电极极化严重，导致充放电不可逆程度加大，电化学容量损失严重。这些缺陷使得磷酸铁锂的应用受到很大的制约。

发明内容

本发明为了克服现有的磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料时存在电导率和放电比容量较低的缺陷，提供了一种新的锂离子电池正极材料及其制备方法，根据本发明提供的所述锂离子电池正极材料具有较高的电导率，而且采用该锂离子电池正极材料制备的锂离子电池具有很高的放电比容量。

本发明提供了一种锂离子电池正极材料，其中，该正极材料含有磷酸铁锂、纳米金刚石和纳米炭黑。

本发明还提供了制备所述锂离子电池正极材料的方法，该方法包括将锂源、铁源和磷源与含有纳米金刚石和纳米碳黑的混合物混合以制备正极材料前驱体，然后，在惰性气体气氛中，使所述正极材料前驱体依次在450-550℃下热处理2-6小时和在600-700℃下热处理2-10小时。

根据本发明提供的所述锂离子电池正极材料，由于含有纳米金刚石和纳米碳黑，使得该锂离子电池正极材料的电导率大大提高了，进而使得由该正极材料制成的锂离子电池具有明显提高的放电比容量。具体的，通过实验得知，根据本发明的所述锂离子电池正极材料的电导率高达1.68×10^-2S/cm，且采用该正极材料制备的锂离子电池的首次放电比容量高达158毫安时/克，且循环充放电500次后的放电比容量衰减很低。

具体实施方式

本发明提供的所述锂离子电池正极材料含有磷酸铁锂、纳米金刚石和纳米炭黑。在所述正极材料中，相对于100重量份的所述磷酸铁锂，纳米金刚石和纳米碳黑的总含量可以为0.5-6重量份，且纳米金刚石和纳米碳黑的重量比可以为1∶4-9；在优选情况下，相对于100重量份的所述磷酸铁锂，纳米金刚石和纳米碳黑的总含量可以为1.5-4重量份，且纳米金刚石和纳米碳黑的重量比可以为1∶5-8。在所述正极材料中，相对于100重量份的所述磷酸铁锂，当所述纳米金刚石和纳米碳黑的总含量为6重量份以上时，磷酸铁锂的含量相对变少，则该正极材料的耐高温性能和使用寿命等性能会明显降低；而当所述纳米金刚石和纳米碳黑的总含量为0.5重量份以下时，则该正极材料的电导率提高并不明显。

根据本发明提供的所述锂离子电池正极材料，纳米金刚石的颗粒直径可以为3-20纳米，纳米碳黑的颗粒直径可以为4-15纳米。

在一种优选实施方式中，本发明提供的所述正极材料中还含有金属氧化物，使得该正极材料具有进一步提高的电导率。在所述正极材料中含有金属氧化物的情况下，以锂原子和所述金属氧化物中的金属原子计，磷酸铁锂与所述金属氧化物的摩尔比可以为1∶0.001-0.01，优选为1∶0.002-0.005。所述金属氧化物可以为选自氧化铌、氧化锡、氧化钛、氧化镁、氧化铝、氧化钒、氧化锑和氧化钇中的至少一种，最优选为氧化铌。

本发明还提供了制备所述锂离子电池正极材料的方法，该方法包括将锂源、铁源和磷源与含有纳米金刚石和纳米碳黑的混合物混合以制备正极材料前驱体，然后，在惰性气体气氛中，使所述正极材料前驱体依次在450-550℃下热处理2-6小时和在600-700℃下热处理2-10小时。