[发明专利]一种复合晶型磷酸铋铁锂电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种复合晶型的磷酸铋铁锂电池正极材料以及其制备方法。

背景技术

根据汽车产业对石油的消耗和对空气的污染，电动汽车成为缓解石油消耗和解决环境污染的必经之路。而发展电动车的核心则是安全、高效的储能二次电池。目前,电动车或混合电动车中主要使用的铅酸和镍氢电池，由于使用寿命短，容易污染环境，逐步被安全高效的锂电池取代。锂离子电池是20世纪90年代发展起来的一种新型二次储能电池。由于具有高能量、长寿命、低消耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车等领域。而制约锂离子电池工业化推广的瓶颈之一就是正极材料。目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等，其中由于钴有毒且资源有限，镍酸锂制备困难，锰酸锂的循环性能和高温性能差等因素，只能用于小型锂电正极材料；而磷酸铁锂（LiFePO₄）具有来源广泛、价格便宜、热稳定性好、无吸湿性、对环境友好等优点，适合大规模开发使用，更适合于大容量要求的电动车。

橄榄石型结构的磷酸铁锂（LiFePO₄）自1997年被报道具有可逆脱嵌锂特性以来，以其安全性能好、循环性能优异、环境友好、原料来源丰富等优点而成为当前锂离子电池正极材料的研究热点之一。磷酸铁锂（LiFePO₄）其理论比容量相对较高(170 mAh/g)，能产生3.4 V ( vs.Li/Li⁺ )的电压，尤其是具有规则橄榄石型的磷酸铁锂（LiFePO₄）与及其充电态的FePO₄ 的晶胞参数，同属一种空间群，在结构上极其相似。因此，磷酸铁锂（LiFePO₄）在反复充放电过程中能够保持结构的稳定性，循环可逆性能高。在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能，因而LiFePO₄被认为是锂离子动力电池发展的主流方向。

然而，磷酸铁锂（LiFePO₄）作为锂电池正极材料，仍然存在缺陷，主要表现在：1、材料导电性差，磷酸铁锂（LiFePO₄）在充放电过程中，由于晶体中PO4^3-限制了Li⁺的移动空间，使得Li⁺的嵌、脱过程只局限在二维可移动空间，而且移动通道过长，因此，LiFePO₄的电子、离子导电率均比较低，尤其在大电流放电的条件下，会有较大的容量损失；2、磷酸铁锂由于特殊的外貌，振实密度小，单位体积电池所储存的电能较少；3、在制备中Fe²⁺易氧化成Fe³⁺，不易得到单相的LiFePO₄，纯度低，制备工艺复杂，需要长时间高温煅烧，能耗高、周期长。