本发明专利技术涉及锂离子动力电池用磷酸盐正极材料，以LiFe1-x-yTi0.5xNi0.5x+yPO4为基材，外包覆有碳材料微粒层，基材与碳材料微粒层组合成复合颗粒，并且复合颗粒均匀分散在由碳材料微粒的导电网络中，其中0.08≤2x+y≤0.12，0.01≤x≤y≤0.1，C由有机碳源化合物分解生成，其加入量为基材原料总重量的1-10%；所述复合颗粒的平均粒径在500-8000nm之间，碳材料微粒的直径在5-50nm之间；复合颗粒的比表面积为12-45m2/g。本发明专利技术的正极材料大倍率性能好、产品一致性好、电池加工性能好且成本低廉的优点，用该材料作正极材料制作的动力电池具有较高的安全性能、倍率性能、循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法，以及使用该材料的锂离子动力电池。
技术介绍
随着电子和信息产业的迅速发展，大量新型的移动电子消费产品不断问世，对独立电源特别是高能二次电池提出了迫切要求。与其它二次电池相比，锂离子电池具有高的体积能量密度和重量能量密度。加上设计灵活性及长的循环寿命寿命、无记忆效应、低的自放电率、对环境无污染等优点，已经成为当今便携式电子产品中可再充式电源的主要选择对象。作为新一代的绿色高能电池，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小等诸多优点，已被广泛应用到笔记本电脑、移动电话、UPS等
的能源储存与转换方面，在电动汽车和车用蓄电池等行业也有广阔的应用前景。然而，传统正极材料-钴酸锂的资源不足已开始制约锂离子电池的发展，而且，这种材料的安全性也存在一定问题。1997年Good enough等首次报道了具有橄榄石结构的 LiFePO4能可逆地嵌入和迁出Li+之后，LiFePO4是继LiNiR和LiMn2O4后产生的又一个研究热点。LiFePO4具有原料丰富、成本低、比容量较高、对环境友好、无毒无害、热稳定性好等突出的优点，是一种颇具潜力的下一代锂离子电池正极替代材料。该材料的产业化和普及应用对降低锂离子电池成本，提高电池安全性，扩大锂离子电池产业，促进锂离子电池大型化、高功率化具有十分重大的意义。但是，磷酸铁锂本身较差的电子导电率阻碍了其在商业化电池中的应用。正交橄榄石型Lii^ePO4,虽然具有安全、环保、廉价、比容量高、热稳定性好、循环可逆性好等优点，对着重要考虑价格和安全性的中大容量、中高功率的锂离子电池来说，具有无可比拟的优势。虽然其电子导电率和离子传导率低，会造成充放电过程中容量损失严重， 大电流放电性能差等问题，但是通过金属离子掺杂或碳包覆，可以提高材料的电导率达到 10_3S/cm以上；通过减小一次颗粒粒径，减小Li+扩散路径，缩短扩散时间，可以提高材料的电化学性能。CN100431207C公开了一种二元、三元和四元锂磷酸盐，但是其实施例仅公开了包含Lii^eMn三元的锂磷酸盐(实施例2)，而且其公开的锂磷酸盐的比容量仍然较低，循环性能也较差。CN100448071C公开了一种锂电池正极材料，其公开了利用过渡族元素参加磷酸铁锂形成多元的锂磷酸盐正极材料，在0.5C以上放电容量低于130 mAh/g,而且循环性能较差(0. 5C600次实验，比容量保持率低于90%)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子动力电池用磷酸盐正极材料及其制备方法、锂离子动力电池，本专利技术通过选择参杂元素的组合以及严格控制其组分的含量，成功地提高磷酸盐正极材料的导电性能、循环寿命和/或提高现有动力电池用正极材料的能量密度。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案一种锂离子动力电池用磷酸盐正极材料，通式为Lii^1TyTia5xNici.5x+yP04/C， 以Lii^ei_x_yTia 5xNi0.5x+yP04为基材，基材外包覆有碳材料微粒层，基材与碳材料微粒层组合成复合颗粒，并且复合颗粒均勻分散在由碳材料微粒的导电网络中，其中 0. 08 ( 2x+y0. 1，C由有机碳源化合物分解生成，所述的有机碳源化合物为柠檬酸、纤维素、葡萄糖、羧甲基壳聚糖、抗坏血酸的一种，有机碳源化合物的加入量为基材原料总重量的1-10% ；所述复合颗粒的平均粒径在500-8000 nm之间，碳材料微粒的直径在5-50 nm之间；复合颗粒的比表面积为12-45 m2/g。本专利技术的上述锂离子动力电池用磷酸盐正极材料采用以下方法制备得到 一种锂离子动力电池用磷酸盐正极材料的制备方法，包括以下步骤(1)将锂源化合物中的锂铁源化合物中的铁钛源化合物中的钛镍源化合物中的镍磷酸二氢铵按照1 :l-x-y :0. 5x :0. 5x+y 1的摩尔比的比例混合，同时加入碳或碳源化合物，有机碳源化合物的加入量为基材原料总重量的1_10%，形成原料混合物；(2)将原料混合物分散于水或乙醇或丙酮溶剂中，固体与溶剂的质量比为1:1. 5-2. 5， 在溶液中以200-1000 r/min的转速分散10-25小时，将得到的悬浮液通过高速离心式喷雾干燥机进行喷雾干燥，制备得到前驱分散体；(3)在惰性或非氧化性气氛中，将前驱分散粉体以1-5°C /min的升温速度，在 650-750°C的温度范围内热处理8-30小时，然后自然冷却至100°C以下；(4)机械融合处理，转速500-800r/min,时间50-200分钟，得到锂离子动力电池磷酸盐正极材料。其中，优选地，在步骤(2)中，所述高速离心式喷雾干燥机进行喷雾干燥进口温度为 180-250°C，出口温度为 50-80°C，送料速度为:20-100 ml/min。其中，优选地，在步骤(3)中，所述的热处理分为两个阶段，第一阶段在惰性气氛中于350 °C预烧3小时，第二阶段在一氧化碳气氛中在650-750 °C的温度范围内热处理5_27 小时。其中，优选地，所述的锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氯化锂、硝酸锂、苯甲酸锂、甲酸锂、氟化锂、草酸锂中的一种或两种。其中，优选地，所述的铁源化合物为氯化亚铁、氯化铁、柠檬酸铁、氢氧化铁、乳酸亚铁、五羟基合铁、硝酸铁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化亚铁、草酸亚铁中的一种或两种。其中，优选地，所述的钛源化合物为二氧化钛、偏钛酸、三氯化钛、四氯化钛、钛酸的一种或两种。其中，优选地，所述的镍源化合物为草酸镍、甲酸镍、氯化镍、氢氧化镍、碳酸镍、硝酸镍、一氧化镍、乙酸镍中的一种或两种。另外，本专利技术进一步公开了一种包含上述正极材料的锂离子动力电池，其具有正极，正极由正极材料、导电剂、粘结剂，以溶剂混合均勻后涂于金属箔上，干燥、辗压并冲切成片，其特征在于所述正极材料，通式为Lii^_x_yTia 5xNi0.5x+yP04/ C，以Lii^ei_x_yTia 5xNi0.5x+yP04为基材，基材外包覆有碳材料微粒层，基材与碳材料微粒层组合成复合颗粒，并且复合颗粒均勻分散在由碳材料微粒的导电网络中，其中 0. 08 ( 2x+y0. 1，C由有机碳源化合物分解生成，所述的有机碳源化合物为柠檬酸、纤维素、葡萄糖、羧甲基壳聚糖、抗坏血酸的一种，有机碳源化合物的加入量为基材原料总重量的1-10% ；所述复合颗粒的平均粒径在500-8000 nm之间，碳材料微粒的直径在5-50 nm之间；复合颗粒的比表面积为12-45 m2/g。本专利技术的磷酸盐正极材料在0. 5C充放电时，平均放电比容量为145-157 mAh/g。本专利技术与现有技术相比，本专利技术所提供的磷酸盐/碳纳米复合物作为锂离子电池正极材料使用时，作为主要活性物质的磷酸盐颗粒的尺寸处于纳米尺度范围，有效地较小了离子的传输距离，很好的提高了活性组分的利用率和高倍率性能；制备的磷酸盐纳米颗粒均勻地分散在碳导电网络中，避免了团聚，提高了整个体系的电子传导性。本专利技术的正极材料在高倍率充放电(4C)的条件下也能保持在125 mAh/g以上。本专利技术的正极材料大倍率性能好、产品一致性好、电池加工性能好且成本低廉的优点，用该材料作正极材料制作的动力电池具有较高的安全性能、倍率性能、循环本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种锂离子动力电池用磷酸盐正极材料，通式为ＬｉＦｅ１－ｘ－ｙＴｉ０．５ｘＮｉ０．５ｘ＋ｙＰＯ４／Ｃ，以ＬｉＦｅ１－ｘ－ｙＴｉ０．５ｘＮｉ０．５ｘ＋ｙＰＯ４为基材，基材外包覆有碳材料微粒层，基材与碳材料微粒层组合成复合颗粒，并且复合颗粒均匀分散在由碳材料微粒的导电网络中，其中０．０８≤２ｘ＋ｙ≤０．１２，０．０１≤ｘ≤ｙ≤０．１， Ｃ由有机碳源化合物分解生成，所述的有机碳源化合物为柠檬酸、纤维素、葡萄糖、羧甲基壳聚糖、抗坏血酸的一种，有机碳源化合物的加入量为基材原料总重量的１－１０％；所述复合颗粒的平均粒径在５００－８０００ ｎｍ之间，碳材料微粒的直径在５－５０ ｎｍ之间；复合颗粒的比表面积为１２－４５ ｍ２／ｇ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡道国，
申请(专利权)人：蔡道国，
类型：发明
国别省市：36
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