[发明专利]以流变相法制备橄榄石晶格缺陷结构的锂离子电池复合阴极材料的合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种以流变相法制备橄榄石晶格缺陷结构的锂离子电池复合阴极材料的合成方法，尤指涉及一种制备优异的物化性与电化学性能，且达到低成本、低污染及高性能的高功率用阴极材料，特别是指结合流变相法(Rheological Phase Method)、螯合剂(Chelating Agent)的错合反应、不同种类碳源表面改质、金属掺杂改质与粒径控制方法，以及藉由改变各金属间计量比，造成晶格结构缺陷等特性，制备具有橄榄石结构的锂嵌入式Li_xM_yN_zXO₄/C(x∶y∶z≠1∶1∶1)复合阴极材料的合成方法。

背景技术：

目前3C使用的商用锂离子电池几乎全以钴酸锂(Li_1-xCoO₂)为阴极材料，此材料属于层状结构材料，在充放电过程中，当电压在4.1伏特(V)与4.2V(V vsLi+/Li)之间时，材料结构将从六方晶格结构转变成单斜晶格结构，产生非等向性的体积变化，造成不可逆的相变化，并破坏材料主体结构，所以充电电压不宜超过4.2V。此层状材料结构所引起的应用瓶颈，使电容量及循环寿命功能无法完全发挥，因而限制其在大电流领域的应用。

橄榄石结构的Li_xM_yN_zXO₄/C复合材料为新型的阴极材料，因具备低成本、高安全性、低污染，与耐大电流充放电等优点，且在结构上能从橄榄石结构的LiFePO₄完全转变为钙钛矿结构的FePO₄，允许锂完全地释出，不仅可提高其电容量，而且可增进材料结构稳定性及使用安全性，就应用于电动车辆的能源系统而言，实为高安全的适当材料。惟此材料目前量产不易，主要有低导电度、低实振密度与低锂扩散系数，以及量产批次再现性不佳等缺点。一般在合成橄榄石结构LiFePO₄/C复合材料过程中，利用高温固态法、溶液法或喷雾法等，添加某些特定种类碳源，如糖类或有机物质等，除可增进粒子间导电度及电池性能外，另一方面亦可避免于高温煅烧下晶粒的团聚，进而达到缩小粒径的目的；唯这些方法所得产物皆有粉体粒径及电性不一的缺点，故一般皆无法符合使用者于实际使用时所需。

职是之故，鉴于已知技术中所产生的缺失弊端，实有急待改进的必要，针对既有的缺失加以改良，发展一种能避免已知技术方法的缺点，并且能够进行符合实用进步性与产业利用性的方法有其必要。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术中所遭遇的上述问题，提供一种制备低成本、低污染且高性能的高功率用锂离子电池阴极材料的方法，藉由流变相法，并且使用不同种类的有机物类与酸类为碳源及螯合剂，以及不同种类金属作为掺杂物质，利用于高温均相反应下，碳源与螯合剂裂解后，于嵌入式阴极材料粉体表面形成碳网络层，与藉由螯合剂与金属离子形成错离子，达到均质相螯合反应，同时将金属离子掺杂于嵌入式阴极材料粉体内部，并将产品佐以粉体粒径筛选技术，而合成具有橄榄石晶格缺陷的Li_xM_yN_zXO₄/C(x∶y∶z≠1∶1∶1)复合阴极材料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种以流变相法制备橄榄石晶格缺陷结构的锂离子电池复合阴极材料的合成方法，是利用不同种类的有机物类与酸类为碳源及螯合剂，与不同种类金属氧化物为掺杂金属，以流变相法制备橄榄石晶格缺陷结构的锂离子电池Li_xM_yN_zXO₄/C复合阴极材料，其合成方法至少包括下列步骤：

(A)原料混合步骤：先将一至少含锂Li的起始物与一至少含氧酸根XO₄的起始物先溶解于一液体媒介，经搅拌待澄清后，再加入一至少含有机物类的起始物与一至少含酸类的起始物于该液体媒介中混合搅拌，待液体呈现澄清后，最后加入一至少含金属盐类M的起始物与一含掺杂金属氧化物N的起始物，以流变相法进行混合搅拌加热程序，在60～150℃加热搅拌1～10小时，并经搅拌烘干后，得到干凝胶粉末，其中，上述含锂的起始物、含金属盐类的起始物以及含掺杂金属氧化物的起始物的化学计量比x∶y∶z≠1∶1∶1；