正极材料、正极极片及电池制造技术

本申请涉及一种正极材料、正极极片及电池，所述正极材料包括磷酸铁锂、第一掺杂元素以及第二掺杂元素；所述第一掺杂元素及所述第二掺杂元素为不同的过渡金属元素；在所述正极材料中，所述第一掺杂元素的质量分数M1满足：500ppm≤M1≤4000ppm，所述第二掺杂元素包括钛元素及钒元素。所述电池具有较好的热稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
正极材料、正极极片及电池


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及一种正极材料、正极极片及电池。

技术介绍

[0002]在目前的动力电池领域，正极材料磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）由于其高安全性、低成本以及循环性能较好的优势，广泛应用于移动电源、电动工具、电动自行车以及储能装置中等。但是，当磷酸铁锂应用于电池且处于脱锂状态时，磷酸铁（FP，FePO4）仍会与电解液发生反应，导致磷酸根中的氧发生解离，从而释放氧气，使得增大了电池发生热失控的概率。因此，如何提高磷酸铁锂的热稳定性是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本申请提供一种正极材料、正极极片及电池，所述正极材料具有较好的热稳定性。
[0004]本申请提供了一种正极材料，所述正极材料包括磷酸铁锂、第一掺杂元素以及第二掺杂元素；所述第一掺杂元素及所述第二掺杂元素为不同的过渡金属；在所述正极材料中，所述第一掺杂元素的质量分数M1满足：500ppm≤M1≤4000ppm，所述第二掺杂元素包括钛元素及钒元素。
[0005]进一步地，所述第一掺杂元素包括铌元素、钼元素、钨元素、锆元素及钇元素中的至少一种。
[0006]进一步地，所述第二掺杂元素的质量分数M2满足：500ppm≤M2≤5000ppm。
[0007]进一步地，所述钒元素的质量分数M21与所述钛元素的质量分数M22的比值满足：1/6≤M21/M22≤1。
[0008]进一步地，所述第一掺杂元素与所述第二掺杂元素的总质量分数M1+M2满足：1000ppm≤M1+M2≤7000ppm。
[0009]进一步地，所述正极材料还包括碳，碳的质量分数M3满足关系式：0.5%≤M3≤5%。
[0010]进一步地，所述正极材料的化学式为：LiFe
a
Ti
b
V
c
M
d
PO4，其中，M为第一掺杂元素，0.98≤a≤0.998，5
×
10
‑4≤b≤30
×
10
‑4，0.8
×
10
‑4≤c≤27
×
10
‑4，2.7
×
10
‑4≤d≤44
×
10
‑4。
[0011]进一步地，钛元素的原料组分选自偏钛酸、二氧化钛、酞酸丁酯中的一种；钒元素的原料组分选自偏钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、氧化钒、草酸氧钒中的一种；铌元素的原料组分选自五氧化二铌、草酸铌和乙酸铌中的一种；钼元素的原料组分选自二氧化钼、三氧化钼中的一种；钨元素的原料组分选自二氧化钨、三氧化钨中的一种；锆元素的原料组分选自氧化锆、氟化锆、氢氧化锆、碳酸锆和磷酸锆中的一种；钇元素的原料组分选自氧化钇、氟化钇、水合碳酸钇中的一种。
[0012]进一步地，所述碳的原料组分选自葡萄糖、淀粉、柠檬酸、酚醛树脂和聚乙二醇中的一种。
[0013]本申请还提供了一种正极极片，所述正极极片包括：正极集流体层以及正极材料层，所述正极材料层设置于所述正极集流体层的表面，所述正极材料层包括本申请提供的正极材料。
[0014]本申请还提供了一种电池，所述电池包括：本申请提供的正极极片、隔膜、负极极片以及电解液，所述隔膜设置于所述正极极片的一侧；所述负极极片设置于所述隔膜背离所述正极极片的一侧；所述电解液至少浸润部分所述正极极片及部分所述负极极片。
[0015]在本申请中，通过在磷酸铁锂中掺杂第二掺杂元素，且所述第二掺杂元素包括钛元素及钒元素，钛元素和钒元素在铁位掺杂改性会形成空穴型半导体，以提升所述正极材料的导电性，降低电子在所述正极材料中移动的阻抗，此外，通过钛元素和钒元素的共掺杂，还有助于锂空位的产生，从而有利于锂离子的嵌入和脱出，提高所述正极材料传输锂离子的效率，继而有利于提高所述正极材料应用于正极极片时的导电性能及循环性能等。再者，所述第二掺杂元素也能提升所述正极材料的晶格稳定性，增强了金属氧键的键能，增大了氧逸出的势垒及氧逃逸所需的解离能，有利于提高在过充状态下电解液与正极材料发生反应的起始温度及正极材料发生解离的起始温度，继而降低了反应产热值，即提高了所述正极材料的热稳定性。进一步地，通过掺杂所述第一掺杂元素，以实现所述第一掺杂元素与钛元素、钒元素共掺杂，对磷酸铁锂协同改性，所述第一掺杂元素通过增强金属氧键的键能，即提高铁氧键的键能，以使得当正极材料应用于正极极片且正极极片处于脱锂状态时，磷酸铁锂中的氧也不易与电解液反应并解离，从而防止正极材料在过充状态下产生过多的热量，有效提升了所述正极材料应用于正极极片的热稳定性。此外，所述第一掺杂元素为过渡金属元素，具有较高的价态，可作为多个正电荷中心，以为周围的氧阴离子提供额外的电子，以提升所述正极材料的容量，继而提升所述正极材料应用于正极极片时的容量。再者，所述第一掺杂元素可削弱Fe3d
‑
O2p轨道杂化，从而稳定铁的八面体配位结构，则避免相邻的氧阴负离子形成氧气，从而进一步提升了晶格氧的稳定性，换言之，提高了所述正极材料应用于正极材料的热稳定性。更进一步地，在本申请中，所述第一掺杂元素的质量分数M1满足：500ppm≤M1≤4000ppm，则所述第一掺杂元素的质量分数在合理的范围内，使得所述第一掺杂元素既能有效增强所述正极材料中金属氧键的键能，并有效提升所述正极材料的热稳定性，还使得所述正极材料应用于正极极片时具有较高的压实密度及能量密度。当所述第一掺杂元素的质量分数M1的值大于4000ppm，所述第一掺杂元素的质量分数过大，则在所述正极材料中掺杂的第一掺杂元素的质量含量过多，则随着正极材料中小颗粒的增多，使得所述正极材料应用于正极极片时的压实密度较低，继而降低了所述正极材料应用于正极极片时的能量密度。当所述第一掺杂元素的质量分数M1的值小于500ppm，所述第一掺杂元素的质量分数过小，则所述第一掺杂元素难以提升所述正极材料的热稳定性，使得所述正极材料应用于正极极片时的热稳定性较差，容量较低。综上，在本申请中，在所述磷酸铁锂的铁位掺杂第一掺杂元素及第二掺杂元素，有利于提升所述正极材料的晶格稳定性，增强了金属氧键的键能，增大了磷酸根中的氧逸出的势垒及氧逃逸所需的解离能，有利于提高在过充状态下电解液与正极材料发生反应的起始温度及正极材料发生解离的起始温度，继而降低了反应产热值，即提高了所述正极材料的热稳定性，最终提升了正极材料应用于正极极片且装配于电池时的倍率性能及低温性能。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本申请一实施例的电池的结构示意图；图2为本申请一实施例的正极极片的结构示意图；图3为本申请的对比电池1、对比电池3、测试电池2及测试电池5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括磷酸铁锂、第一掺杂元素以及第二掺杂元素；所述第一掺杂元素及所述第二掺杂元素为不同的过渡金属元素；在所述正极材料中，所述第一掺杂元素的质量分数M1满足：500ppm≤M1≤4000ppm，所述第二掺杂元素包括钛元素及钒元素。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一掺杂元素包括铌元素、钼元素、钨元素、锆元素及钇元素中的至少一种。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第二掺杂元素的质量分数M2满足：500ppm≤M2≤5000ppm。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述钒元素的质量分数M21与所述钛元素的质量分数M22的比值满足：1/6≤M21/M22≤1。5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一掺杂元素与所述第二掺杂元素的总质量分数M1+M2满足：1000ppm≤M1+M2≤7000ppm。6.根据权利要求1至5任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料还包括碳，碳的质量分数M3满足关系式：0.5%≤M3≤5%。7.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为：LiFe
a
Ti
b
V
c
M
d
PO4，其中，M为第一掺杂元素，0.98≤a≤0.998，5
×
10
‑4≤b≤30
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵怡庆，钟李杰，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：