[发明专利]铈掺杂钴酸锶与碳共同包覆磷酸亚铁锂的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术，特别涉及一种铈掺杂钴酸锶(Sr_0.85Ce_0.15CoO_2.65，简写为SCC)与碳(C)共同包覆磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的锂离子电池正极材料及制备方法。

背景技术

以磷酸亚铁锂(LiFePO₄)为正极材料的锂离子电池在普通电子数码产品等不要求具有很高容量、不要求进行高倍率充放电的场合，已经取得广泛的应用，已经形成了很大的生产规模和消费市场。但便携式电动工具、电动自行车、电动汽车等需要的大容量、高功率的锂离子电池尚处于研究开发阶段。磷酸亚铁锂材料具有原料资源丰富、容量较高、充放电平台稳定、无毒、环境友好、热稳定性好、安全性高等优点，因此成为最有潜力的新一代锂离子电池正极材料。

但是磷酸亚铁锂材料存在一个致命的缺点就是较低的电导率，一般数值是10^-9S/cm。如此低的电导率源自两个方面：磷酸亚铁锂颗粒之间的电子电导率较低以及磷酸亚铁锂颗粒内部锂离子嵌入和脱出的扩散速率较低，后者造成颗粒内部离子电导率较低。这就使得电池在大电流充放电时容量衰减迅速，高倍率性能衰减很快。

针对磷酸亚铁锂材料存在的问题，国内外以往的研究主要采用改善颗粒间导电性、提高磷酸亚铁锂颗粒内部本征导电能力、优化合成工艺、细化晶粒尺寸等方法。提高颗粒内部本征导电能力主要通过离子掺杂来实现，可用金属离子和非金属离子作为掺杂剂[Ge Y C，Yan X D，Liu J，et al.An optimized Ni doped LiFePO₄/C nanocomposite with excellent rate performance[J].Electrochimica Acta，2010，55：5886-5890；Sun C S，Zhang Y，Zhang X J，et al，Structural and electrochemical properties of Cl-doped LiFePO₄/C[J]，Journal of Power Sources，2010，195：3680-3683]。细化晶粒则主要通过降低合成温度，采用共沉淀法、溶胶-凝胶法等液相合成技术以及微波合成等途径来实现。而改性的大量研究工作主要集中于改善颗粒间导电性，主要通过在磷酸亚铁锂颗粒表面包覆导电材料来实现，如包覆碳[Kadoma Y，Kim J M，Abiko K，et al，Optimization of electrochemical properties of LiFePO₄/C prepared by an aqueous solution method using sucrose[J]，ElectrochimicaActa，2010，55：1034-1041]、合金[XuJ，Chen G，Electrochemical Performance of LiFePO₄ Cathode Material Coated with PbTe[J]，Electrochemical and Solid-State Letters，2009，12(11)：H399-H401]、金属[Mi C H，Cao Y X，Zhang X G，et al，Synthesis and characterization of LiFePO₄/(Ag+C)composite cathodes with nano-carbon webs[J]，Powder Technology，2008，181：301-306]、导电聚合物[Boyano I，Blazquez J A，Meatza I D，et al，Preparation of C-LiFePO₄/polypyrrole lithium rechargeable cathode by consecutive potential steps electrodeposition[J]，Journal of Power Sources，2010，195：5351-5359]、导电金属氧化物[Jin Y，Yang C P，Rui X H，et al，V₂O₃ modified LiFePO₄/Ccomposite with improved electrochemical performance[J]，Journal of Power Sources，2011，196：5623-5630]、石墨烯[Su F Y，You C H，He Y B，et al，Flexible and planar graphene conductive additives for lithium-ion batteries[J]，Journal of Materials Chemistry，2010，20：9644-9650]以及碳纳米管[Liu Y J，Li X H，Guo H J，et al，Effect of carbon nanotube on the electrochemical performance ofC-LiFePO₄/graphite battery[J]，Journal of Power Sources，2008，184：522-526]。