[发明专利]制备LiFexM1-xPO4/C锂离子复合正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二次电池领域，特别是涉及一种含铁，锰(钴或镍)和磷酸盐的锂离子电池活性正极材料的制备方法以及相应的电极与电池。

背景技术

人们已对充电电池领域中的各种不同的正极材料进行了研究。LiCoO₂凭借其工作电压高、循环寿命长而成为目前在商品锂离子电池中最普遍使用的正极材料。虽然LiCoO₂是在便携式充电电池应用中广泛使用的正极材料，但其所具有的高成本、高毒性以及相对低的热稳定性的特征使其在作为一种充电电池正极材料方面受到严重的限制。这些限制已促使人们进行了许多研究，考察用于处理LiCoO₂以改善其热稳定性的方法。然而，由于低热稳定性而引起的安全问题仍是LiCoO₂正极材料的关键限制，尤其当电池用于高充放电倍率条件下时。因此，就运输目的而言，认为LiCoO₂并不适合于在充电电池中用作正极材料，由此激励人们寻求用于电动汽车和混合动力电动汽车以及储能系统的替代性正极材料。

LiFePO₄由于其高的热稳定性以及相对较低的材料成本而已作为在充电电池中非常有吸引力的替代性正极材料而受到广泛研究，这使得它适用于在运输工具和电动工具中的高倍率充放电应用。以LiFePO₄作为正极材料的电池已在电动自行车、滑板车、轮椅和电动工具方面有了市场应用。然而，相对于LiCoO₂,LiMn₂O₄等正极材料，LiFePO₄具有相对较低的放电平台电压（3.4V）从而导致相对较低的能量密度，这将最终限制LiFePO₄电池在电动汽车和混合动力电动汽车以及储能系统中的大规模应用。

为了改善LiFePO₄放电电压平台低的问题，通常的解决方法是将其他具有高电压放电平台的金属元素掺杂或混合到LiFePO₄材料中形成新型的LiFe_xM_yPO₄正极材料，如M可以是锰，钴或镍等金属元素或其混合物。比如对于LiFe_xMn_yPO₄正极材料，大多数已知的合成方法出现在下列文献和专利中：K.T.Lee et al.Journal of Power Sources 189(2009)435–439,D.-H.Baek et al.Journal of Power Sources 189(2009)59–65，M.et al.Journal of Power Sources 189(2009)1154–1163，G.Kobayashi et al.Journal of Power Sources 189(2009)397–401，Atsuo Yamada et al.Journal of The Electrochemical Society,148（10）A1153-A1158（2001），US7,122,272B2,EP1,339,119B1。在这些现有技术中的大多数采取直接将含铁，锰，锂以及磷酸盐的化合物前驱体经过机械共混活化及固相反应生成活性材料，这种制造方法仍受到因前驱体混合时间长且不均匀，各有效成分化学计量比因混合过程中产生不可避免的流失而造成难以控制，由此造成电池材料性能差。而溶胶-凝胶法（J.-K.Kim et al./Journal of Power Sources189(2009)391–396）虽然能达到混合均匀的优势，但其过程的复杂性以及原料和过程成本高而不适用于产业化。因此很有必要发展一种低成本的，化学计量比可控的高能量密度的正极材料生产方法。

发明内容

针对上述提出的目前生产正极材料存在的问题，本发明的目的是提供一种低成本的，化学计量比可控的具有高能量密度的正极材料生产技术。本发明通过共沉淀法生产正极材料前驱体的方法来达到控制各有效成分的化学计量比。由此前驱体生产的正极材料具有相对于LiFePO₄较高的放电电压平台和能量密度，相近的容量，同时具有材料和工艺成本低以及容易实现产业化的优势。

为了解决目前现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：