[发明专利]一种锂离子电池正极活性材料、其制备方法、正极及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极活性材料及其制备方法和用该正极活性材料制备的锂离子电池正极及电池。

背景技术

与其它化学电源相比，锂离子电池具有许多优异的性能，如能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等优点。经过近二十年的飞速发展，锂离子电池已广泛地应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机等领域，已经成为民用电子产品的主要来源。近年来，随着科技的进步，电子产品、电动汽车、医疗设备和航天航空等领域对储能设备的要求日益提高，特别是高能量密度、长循环寿命的锂离子电池得到广泛应用，则对开发高能量、小型化、大倍率的新型电极材料提出了越来越高的要求。

正极活性材料为锂离子电池的重要的组成部分，决定着锂离子电池的性能。传统的LiCoO₂价格昂贵且资源匮乏，并且存在较严重的安全隐患等原因限制了其应用范围；LiNiO₂合成条件苛刻，循环性能和热稳定性能差等因素制约其发展；LiMn₂O₄容量偏低，且高温下容量衰减严重且循环性能差等原因限制其更广泛的应用；LiFePO₄具有价格低廉，结构稳定，安全性好，无毒对环境无污染以及具有优异的热力学与动力学稳定性，已成为国内外储能电池以及汽车电池领域等的热门候选材料。

但LiFePO₄在实际的应用过程中存在一些问题，该材料的理论容量较低仅为170 mAh/g，且在3.4 V (vs. Li/Li⁺)的低电位下易发生锂的嵌入脱离，与其它含锂的过渡金属氧化物相比其能量密度也较小。现有针对电压平台低的问题，通过将LiFePO₄中的部分或全部的Fe采用Mn取代，从而获得在4 V (vs. Li/Li⁺)附近具有可逆电位的磷酸锰铁锂（LiMn_xFe_(1-x)PO₄（0 < x<1）），从而改进正极活性材料。但是，磷酸锰铁锂的电子传导性与锂离子传导性不充分，导致活性物质的利用率较低并且不能满足高倍率充放电特性。

现有主要有两种改进来提高其电子电导率和离子电导率：一是通过控制材料合成过程中材料晶粒的生长，来获得细小而粒度均一的材料，从而减小锂离子在其中的迁移路径，达到提高锂离子迁移速率的目的；二是在合成过程中在晶体内部掺杂其他改性元素，例如掺杂稀土元素，一般掺杂的稀土元素为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc或Eu，量为0.1%~10wt%，但却影响了材料的比容量；或在材料表面包覆导电碳，一般通过包覆有机物后烧结形成包覆碳黑等，来改善材料的电子导电率，但其性能受表面包覆层的晶型结构影响较大，同时其比容量也仍没达到理想要求且循环性能差。

发明内容

本发明为了解决现有应用性能较优的磷酸锰铁锂的锂离子电池的比容量仍没达到理想要求且循环性能差的技术问题，提供一种能制备比容量较高且循环性能好的锂离子电池同时价格低廉，结构稳定，安全性好，无毒对环境无污染以及具有优异的热力学与动力学稳定性的锂离子电池正极活性材料及其制备方法和用该正极活性材料制备的锂离子电池正极及电池。