[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前，以磷酸根聚阴离子为基础的正极材料已经成为研究热点之一，与锂的过渡金属氧化物正极材料相比，它有较好的安全性能，这主要是因为以磷酸根为基础的化合物具有结构的优势：它可以限制氧的逸出和燃烧，因而电池的安全性较好；由于诱导效应的存在，它能够产生比较高的氧化还原电位；另外锂离子扩散的通道增大，所以能够很好地嵌入或脱嵌锂。这主要由于磷酸根离子的加入，替代了氧离子从而使化合物的三维结构发生变化，使其具有很好地电化学性能和热力学稳定性和比较高的容量。

其中磷酸铁锂(LiFePO4)是目前应用广泛的磷酸盐正极材料，但其工作电压3.5V较低。氟化磷酸钒锂(LiVPO4F)具有较高的放电电压，可以作为4V以上的锂离子电池正极磷酸盐材料。

目前对锂离子电池正极材料LiVPO4F的研究不多。

CN101517790A公开了用于二次电化学电池的新型电极活性材料。其中实施例7具体公开了制备LiV(PO₄)_0.9F_1.3的方法：在第一步骤中，通过金属氧化物(以五氧化二钒为例)的碳热还原反应制成金属磷酸盐。用研钵和研棒预混合1.82g的V₂O₅、2.64g的(NH₄)₂HPO₄和0.36g的炭黑，然后将其制成粒状。将颗粒移送至配置了氩气流的烘箱中。以每分钟2℃的缓升率加热样品直到最终温度为700℃，并保持16小时。在第二步骤中，将第一步骤中制得的磷酸钒与其他反应物反应，将1.72g的VPO₄、0.0346gLiF和0.15gNH₄F预混合，制成粒状放入烘箱，加热至最终温度700℃，并保温1小时。

CN1803593A公开了一种锂离子二次电池正极材料氟化磷酸钒锂的制备方法，包括：1-室温下，10％的过氧化氢水溶液与五氧化二钒反应，得到五氧化二钒溶胶，静置形成五氧化二钒凝胶；2-在凝胶中加入磷酸二氢铵、氟化锂和乙炔黑混合均匀，在烘箱中100℃下干燥6h得到前躯体；3-将前躯体在25MPa下压片，在惰性气体保护下，300℃下预烧4h，再重新压片，在550℃和氩气保护下，焙烧1-4h生成LiVPO4F产物。该方法提供的正极材料制得电极的性能仍不能满足需要，且实际进行电池电芯的生产时，电芯产品的膨胀率高，不适于工业化生产及应用。

目前已有技术提供的锂离子电池正极材料不适于电池电芯的工业化生产，需要提供一种可以适于工业化生产和应用的锂离子电池正极材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术提供的锂离子电池正极材料制备的电池电芯性能不足，且电池电芯生产过程中产品膨胀率高的缺陷，提供了一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：(1)将氟化磷酸钒锂与沥青进行机械融合，得到包覆物；(2)将所述包覆物在惰性气体保护下进行烧结合成，得到锂离子电池正极材料。

本发明还提供了一种由本发明的方法制得的锂离子正极材料。

本发明还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括由本发明的锂离子电池正极材料制备而得的电芯。

本发明提供的方法采用三次高温烧结合成并加入沥青进行机械融合包覆的步骤，得到的锂离子电池正极材料含有由沥青烧结得到的碳，应用于生产锂离子电池的电芯时，可以有效降低电池电芯的膨胀率，提高电池的性能。制备电池的半电池充电容量可以为168～173mAh/g，放电容量可以为139～ 144mAh/g，全电池电芯膨胀率可以小于3％。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的锂离子电池正极材料的制备方法流程图；

图2a为实施例1生产的电池电芯的截面示意图；

图2b为对比例1生产的电池电芯的截面示意图；

图3为实施例1的锂离子电池正极材料的XRD谱图；

图4为实施例1的锂离子电池正极材料的充放电曲线；

图5为实施例1的锂离子电池正极材料的SEM图像。

具体实施方式