[发明专利]一种新型铁锂电池制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种新型的铁锂电池的制备方法。

背景技术：

(1)随着经济的不断发展，必然引起石油资源的枯竭和环境污染、温室效应的加剧，人们必须把握经济增长(Economic growth)，环境保护(Environment protection)和能源供给(Energy security)的“三E”之间的平衡关系。时代的需求召唤着高效清洁能源的开发。

伴随高新技术的发展和人民生活水平的提高，锂离子电池制造技术的进步和电池成本的下降，锂离子电池将成为化学电源的主流，其应用前景非常广阔。自从1992年由日本Sony公司导入市场以来，以其重量轻、容量高、工作电压高、使用寿命长且无污染等特点得到迅猛发展，加上其性能受到便携式电子产品制造者的肯定，被广泛用到各种便携式电子产品，如：移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、MP3、播放机PDA等。

从整个正负极电极材料的发展来看，目前制约锂离子电池能量密度提升的关键因素是正极材料。正极材料在锂离子电池产品组成中占据着最重要的地位，它的性能和价格直接影响到锂离子电池的性能和价格。正极材料还需要额外负担负极材料的不可逆容量损失。因此，正极材料的研究与改进一直是锂离子电池材料研究的关键。

自1990年日本SONY公司发明锂离子电池以来，目前使用最多的正极材料还主要是层状结构的锂钴氧化物(LiCoO₂)，以及锂镍氧化物(LiNiO₂)、尖晶石型(LiMn₂O₄)和层状结构(LiMnO₂)的锂锰氧化物。

锂钴氧化物，其平均工作电压为3.7V，具有放电平稳，适合大电流放电、比能量高、循环性能好等优点，是应用最广的锂离子电池正极材料。但在Li_xCoO₂中，x＝0.5-1，即充放电过程中尚有0.5个Li⁺电子没有参与电极反应，尽管其理论比容量为274mAh/g，实际容量只有140mAh/g左右。并且由于钴资源匮乏、价格高，且在大电流应用时LiCoO₂的安全性也是一个问题，因而大大限制了钴系锂离子电池的使用范围，尤其是在电动汽车和大型储备电源方面。

锂镍氧化物LiNiO₂的理论容量为274mAh/g，实际容量已达110mAh/g左右，具有较好的高温稳定性，自放电率低，无污染，与多种电解液有着良好的相容性。但由于LiNiO₂合成困难，且难得到化学计量的LiNiO₂，并且其电化学活性差，循环性能也较差，离实际应用还较远。

锂锰氧化物与镍和钴相比，具有价格低廉、资源丰富的优势，目前开发的有尖晶石型锰酸锂和层状结构的锰酸锂，它们具有其它正极材料所不可比拟的物理和化学性质，其热安全性和耐过充电能力极好，但是LiMn₂O₄在使用过程中由于Mn的溶解等易导致晶格产生缺陷，使得晶体结构无序化，阻塞了锂离子的嵌入和脱嵌通道，从而导致了材料的容量衰减较快。尤其是在高温下(45℃以上)的循环性能剧降和贮存性能差，限制了它的广泛应用。

橄榄石型LiFePO₄的理论容量为170mAh/g，热稳定性，安全性和循环寿命良好，但也存在两个缺陷：①电子电导很小，不利于可逆反应，特别是高倍率放电的进行；②Li⁺在其中的扩散慢。另外，合成理想的LiFePO₄也不容易，因为在合成时要防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺。

其它锂离子电池正极材料，如LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂，钒的系列化合物，有机硫的化合物等材料的研究工作，国内外都在进行之中，虽然取得了许多有益的成果，有的已经在工业上应用，但有的要在工业上应用还有待于进一步完善和深化。

金属氟化物作为锂离子电池正极材料，因其高理论比容量、低成本、安全和对环境友好而备受关注。但是金属氟化物的绝缘性降低了其电化学性能。如果能解决其导电性能差的问题，金属氟化物将被认为是新一代最具发展潜力的锂离子电池正极材料。