[发明专利]一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型能源材料技术领域，特别是涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池，具有高电压、高能量密度、低自放电率、使用温度范围宽、循环寿命长、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点。锂离子电池性能的改善，很大程度上决定于电极材料性能的改善，尤其是正极材料的改善。目前研究最广泛的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等，但由于钴有毒且资源有限，镍酸锂制备困难，锰酸锂的循环性能及高温性能差等因素，制约了它们的应用和发展。

橄榄石型LiMPO₄是一种具有六方密堆积结构的材料，在一系列LiMPO₄正极材料中，LiFePO₄具有结构稳定、热稳定性好、安全性能高、比容量较高、环境友好、价格低廉等优点，是最有前途的锂离子电池材料之一。但LiFePO₄晶体结构存在电子电导率低及锂离子扩散系数小的缺点，使其高倍率充放电时的可逆比容量降低，限制了大规模商业化应用。

目前以LiFePO₄为主体的正极材料的制备方法主要有传统固相法和湿化学方法。传统固相法是将原料粉末进行简单混合制备正极材料，此方法存在原料颗粒粗大、反应活性较差、原料混合不均、产物的颗粒和组成不均匀、反应温度高及时间长等缺点。共沉淀法、溶胶-凝胶法等湿化学方法可以实现原料在分子水平上的均匀混合，但存在制作步骤繁琐、周期长、消耗较多化学材料、条件控制苛刻、颗粒形状不规则等缺点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电子电导率高、锂离子扩散系数大的锂离子电池复合正极材料及其制备方法，该方法生产工艺简单，生产成本低，易操作，可实现大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锂离子电池复合正极材料，所述锂离子电池复合正极材料是掺杂技术与包覆技术相结合而得到的具有橄榄石结构的复合正极材料，其化学式为：LiFe_(1-x-y-z)PO₄/C·Li_(0-0.1)(M₁)_x(M₂)_y(M₃)_zP_(0-0.1) ，其中x=0～0.1，y=0～0.1，z=0～0.1。

所述锂离子电池复合正极材料的制备方法具体步骤如下：

（1）将锂化合物、铁化合物、磷化合物按照Li、Fe、P原子比为1：1：1配料，加入总质量3%～20%的碳单质或含碳化合物，在介质中均匀混合并研磨1～30h，然后在30～250℃下干燥，再在非氧化性气体中300～800℃条件下处理1～20h，得到LiFePO₄/C；

（2）称取步骤（1）制备的LiFePO₄/C，将锂化合物、磷化合物、添加元素的化合物按照LiFePO₄/C：Li：P：M₁：M₂：M₃物质的量比为1：（0～0.1）：（0～0.1）：x：y：z配料，在介质中均匀混合并研磨1～30h，然后在30～250℃下干燥，再在非氧化性气体中300～900℃条件下处理1～20h，得到所述锂离子电池复合正极材料LiFe_(1-x-y-z)PO₄/C·Li_(0-0.1)(M₁)_x(M₂)_y(M₃)_zP_(0-0.1)。

在本发明一个较佳实施例中，所述锂化合物包括磷酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、碳酸锂、柠檬酸锂、乙酸锂中的一种或多种，所述铁化合物包括磷酸铁、草酸亚铁、磷酸亚铁、醋酸铁、硝酸铁、氯化亚铁、氧化铁、氢氧化铁中的一种或多种，所述磷化合物包括磷酸、磷酸二氢锂、磷酸一氢氨、磷酸二氢氨、磷酸铁、五氧化二磷、偏磷酸、多聚磷酸、磷酸锂、磷酸铵、磷酸亚铁铵中的一种或多种。