專利名稱：鋰離子電池用改性磷酸亞鐵理正極材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池，特別是一種鋰離子電池用改性磷酸亞鐵鋰正極材料及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池的優(yōu)越性能和無污染得到了廣泛的應(yīng)用。鋰離子電池的正極材料是制約鋰離子電池發(fā)展的瓶頸，其決定著鋰離子電池的性能、價(jià)格及其發(fā)展。已經(jīng)商品化的LiCoO2和受廣泛研究的LiNiO2與LiMn2O4正極材料各具優(yōu)點(diǎn)，但是LiNiO2合成困難，不易工業(yè)化生產(chǎn)，LiMn2O4實(shí)際比容量低，循環(huán)性能差，LiCoO2的鈷較貴且資源少，其發(fā)展受到了限制。已有文獻(xiàn)報(bào)道用高溫固相合成出磷酸亞鐵鋰正極材料，其優(yōu)點(diǎn)是Fe資源豐富價(jià)格低，但其放電容量和循環(huán)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種性能好成本低的鋰離子電池正極材料及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種鋰離子電池正極材料，其特征在于正極材料為橄欖石型改性磷酸亞鐵鋰，分子式為LiFe1-xMxPO4，其中M為下列元素中的任意一種或兩種元素Cr、Co、Mn、Mg、Ni、La。下列元素的原子比值為Li/Fe+M＝1-1.1、Fe/P＝1、Fe/M＝32-99。鋰離子電池正極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于工序(1)將鋰、鐵、改性元素M及磷源按下述原子比值混合均勻，Li/Fe+M＝1.0-1.1、Fe/P＝1、Fe/M＝32-99，工序(2)在工序(1)的混合物料中加入導(dǎo)電劑，工序(3)將工序(2)的物料放入攪拌機(jī)中混合均勻，工序(4)將工序(3)混合物料在惰性氣氛中和300-400℃條件下預(yù)熱處理10-18小時后，接著在惰性氣氛中和650-750℃條件下進(jìn)行20-24小時灼燒處理，工序(5)上述灼燒處理后的物料待冷卻后進(jìn)行球磨，過300目篩即制成改性磷酸亞鐵鋰正極材料。本發(fā)明由于采用了改性磷酸亞鐵理作正極材料并采用了中溫固相合成及體內(nèi)摻雜表面包覆的工藝，合成出改性磷酸亞鐵鋰(LiFe-xMxPO4)材料，與現(xiàn)有技術(shù)比具有放電容量高達(dá)135mAh/g，循環(huán)性能高且成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的改性磷酸亞鐵鋰所采用的改性材料為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的元素，即Cr、Co、Mn、Mg、Ni、La中的任意一種或者兩種。采用了低溫預(yù)熱處理，使鋰源、鐵源和磷源熔融到一起，讓氧、鐵、磷離子保持良好性能，這不僅可以保證原子比協(xié)調(diào)、不變而且反應(yīng)物原子得到良好擴(kuò)散，使鋰與改性物Mx在原子級的水平發(fā)生了混合，經(jīng)高溫灼燒后制成結(jié)晶性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的橄欖石型LiFeI-xMxPO4正極材料，其具有的均勻特性可使鋰離子電池表現(xiàn)出顯著的安全性及熱穩(wěn)定性，充放電比容量高、可逆性能好的優(yōu)點(diǎn)，特別是大電流充放電性能得到顯著改善。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例11.鋰與鐵和M的原子比即Li/(Fe+M)＝1.02的碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽(含鉻氧化物)、導(dǎo)電劑等物料混合2小時均勻。
2.將在所述第一處理步驟得到的粉末物料在惰性氣氛中較低溫400度下保溫15小時，自然冷卻。
3.將在所述第二處理步驟預(yù)燒的粉末物再次混料均勻，再在惰性氣氛中較高溫650度下保溫24小時，冷卻球磨過300目篩待用。
實(shí)施例21.鋰與鐵和M的原子比即Li/(Fe+M)＝1.04的碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽(含鉻氧化物)、導(dǎo)電劑等物料混合2小時均勻。
2.將在所述第一處理步驟得到的粉末物料在惰性氣氛中較低溫400度下保溫14小時，自然冷卻。
3.將在所述第二處理步驟預(yù)燒的粉末物再次混料均勻，再在惰性氣氛中較高溫650度下保溫24小時，冷卻球磨過300目篩待用。
實(shí)施例31.鋰與鐵和M的原子比即Li/(Fe+M)＝1.06的碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽(含鉻氧化物)、導(dǎo)電劑等物料混合2小時均勻。
2.將在所述第一處理步驟得到的粉末物料在惰性氣氛中較低溫400度下保溫18小時，自然冷卻。
3.將在所述第二處理步驟預(yù)燒的粉末物再次混料均勻，再在惰性氣氛中較高溫650度下保溫24小時，冷卻球磨過300目篩待用。
實(shí)施例41.鋰與鐵和M的原子比即Li/(Fe+M)＝1.04的碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽(含鉻氧化物)、導(dǎo)電劑等物料混合2小時均勻。
2.將在所述第一處理步驟得到的粉末物料在惰性氣氛中較低溫400度下保溫10小時，自然冷卻。
3.將在所述第二處理步驟預(yù)燒的粉末物再次混料均勻，再在惰性氣氛中較高溫750度下保溫20小時，冷卻球磨過300目篩待用。
實(shí)施例51.鋰與鐵和M的原子比即Li/(Fe+M)＝1.05的碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽(含鉻氧化物)、導(dǎo)電劑等物料混合2小時均勻。
2.將在所述第一處理步驟得到的粉末物料在惰性氣氛中較低溫400度下保溫10小時，自然冷卻。
3.將在所述第二處理步驟預(yù)燒的粉末物再次混料均勻，再在惰性氣氛中較高溫750度下保溫20小時，冷卻球磨過300目篩待用。
實(shí)施例61.鋰與鐵和M的原子比即Li/(Fe+M)＝1.04的碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽(含鉻氧化物)、導(dǎo)電劑等物料混合2小時均勻。
2.將在所述第一處理步驟得到的粉末物料在惰性氣氛中較低溫350度下保溫18小時，自然冷卻。
3.將在所述第二處理步驟預(yù)燒的粉末物再次混料均勻，再在惰性氣氛中較高溫650度下保溫24小時，冷卻球磨過300目篩待用。
實(shí)施例71.鋰與鐵和M的原子比即Li/(Fe+M)＝1.05的碳酸鋰、亞鐵鹽、鉻鹽(含鉻氧化物)、導(dǎo)電劑等物料混合2小時均勻。
2.將在所述第一處理步驟得到的粉末物料在惰性氣氛中較低溫350度下保溫20小時，自然冷卻。
3.將在所述第二處理步驟預(yù)燒的粉末物再次混料均勻，再在惰性氣氛中較高溫700度下保溫24小時，冷卻球磨過300目篩待用。
將上述方法制備的鋰離子電池正極材料與鋰離子電池負(fù)極材料石墨，以偏氟乙烯為極板粘結(jié)劑，分別制成鋰離子電池的正極片與負(fù)極片，以聚丙烯微孔膜為電極隔膜，以體積比為碳酸二甲酯∶碳酸二乙酯∶碳酸乙烯酯＝1∶1∶1的1M六氟磷酸鋰為電解液組裝成鋰離子電池。
各實(shí)施例制備的鋰離子電池的性能表
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極材料，其特征在于正極材料為橄欖石型改性磷酸亞鐵鋰，分子式為LiFe1-xMxPO4，其中M為下列元素中的任意一種或兩種元素Cr、Co、Mn、Mg、Ni、La。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于下列元素的原子比值為Li/Fe+M＝1-1.1、Fe/P＝1、Fe/M＝32-99。
3.鋰離子電池正極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于工序(1)將鋰、鐵、改性元素M及磷源按下述原子比值混合均勻，Li/Fe+M＝1.0-1.1、Fe/P＝1、Fe/M＝32-99，工序(2)在工序(1)的混合物料中加入導(dǎo)電劑，工序(3)將工序(2)的物料放入攪拌機(jī)中混合均勻，工序(4)將工序(3)混合物料在惰性氣氛中和300-400℃條件下預(yù)熱處理10-18小時后，接著在惰性氣氛中和650-750℃條件下進(jìn)行20-24小時灼燒處理，工序(5)上述灼燒處理后的物料待冷卻后進(jìn)行球磨，過300目篩即制成改性磷酸亞鐵鋰正極材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池用改性磷酸亞鐵鋰正極材料及其生產(chǎn)方法，屬于一種電池。本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種性能好成本低的鋰離子電池正極材料及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種鋰離子電池正極材料，其特征在于正極材料為橄欖石型改性磷酸亞鐵鋰，分子式為LiFe1－xMxPO4，其中M為下列元素中的任意一種或兩種元素Cr、Co、Mn、Mg、Ni、La。鋰離子電池正極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于將鋰、鐵、改性元素M及磷源混合均勻，在惰性氣氛中經(jīng)預(yù)熱處理和灼燒處理后，球磨過篩制成。本發(fā)明由合成出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的改性磷酸亞鐵鋰，可用作鋰離子電池正極材料，具有放電容量高達(dá)135mAh/g，循環(huán)性能高且成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01M4/48GK1585168SQ20041001029
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者趙麗, 崔成偉, 孫科, 王濤, 楊書廷, 趙娜紅 申請人:河南金龍精密銅管股份有限公司, 新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料有限公司