[发明专利]一种富锂锰基正极用磷酸盐类添加剂、制备方法及正极

说明书

本发明涉及一种富锂锰基正极用磷酸盐类添加剂、制备方法以及使用该类添加剂的富锂锰基正极，属于锂离子电池技术领域。所述添加剂为三偏磷酸锂，或三偏磷酸锂和聚乙烯吡咯烷酮的组合，可以使富锂锰基正极材料与导电剂在充放电循环中具有更稳定的固体电解质相界面，有利于富锂锰基正极材料电化学性能，如循环性能和倍率性能的提高；三偏磷酸锂采用“离子交换法”制得，简单易行，具有规模生产条件；所述正极极片含有所述添加剂，所述富锂锰基正极材料在2V～4.6V的电化学窗口、0.2C充放电流的测试条件下，其首次库伦效率为大于75％，循环50周之后质量比容量仍保持在至少215mAh·g^‑1。

技术领域

本发明涉及一种富锂锰基正极用磷酸盐类添加剂、制备方法以及使用该类添加剂的富锂锰基正极，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池作为典型的二次电池代表目前已得到广泛应用。锂离子电池一般以过渡金属氧化物为正极，嵌锂材料为负极，使锂离子通过含锂盐的有机电解液在两个电极之间进行嵌入-脱出，达到储存和释放能量的目的。

商业化锂离子电池的正极主要由活性物质、导电剂以及粘结剂组成。其中活性物质主要有磷酸铁锂、钴酸锂以及含有镍钴锰的三元氧化物，但这些材料的质量比容量均偏低，仍然无法满足目前的市场需求。为适应正极材料的高容量、高倍率需求，越来越多的新型材料逐步被发现并研究。富锂锰基材料以其较低的价格和环境友好性已被作为新一代锂离子电池用正极材料来广泛研究，其基本特征在于材料中存在Li₂MnO₃组分，因此锂、锰含量较高，一般可被写作xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn、Ni、Co等过渡金属元素)。当高截止电压提高至4.6V以上时，这种材料能表现出非常高的质量比能量，但其也存在循环和倍率性能较差、首周库伦效率低、存在明显压降等问题。在电解液或是极片中使用添加剂是一种经济高效提升电池综合性能的方法，通常电解液添加剂的用量不超过电解液质量或体积的5％、不超过极片上活性物质质量的1％。不同添加剂各有作用，但总体来看一般有以下几点：(1)辅助固体电解质界面(SEI)的稳定，提高正、负极材料电化学性能；(2)增强电解液中锂盐的热稳定性；(3)抑制活性物质溶出；(4)提高电解液或极片中的离子电导率；(5)提供过充过放保护；(6)阻燃。

目前鲜有专用于富锂锰基材料的添加剂被报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的之一在于提供了一种富锂锰基正极用磷酸盐类添加剂，所述添加剂可提高富锂锰基正极材料的电化学性能。

本发明的目的之二在于提供了一种富锂锰基正极材料用磷酸盐类添加剂的制备方法，所述方法价格便宜、易于工业化。

本发明的目的之三在于提供了一种富锂锰基正极，所述正极使用了本发明所述的富锂锰基正极用磷酸盐类添加剂。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种富锂锰基正极用磷酸盐类添加剂，所述添加剂为三偏磷酸锂(LTMP)，或三偏磷酸锂和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的组合。

其中，LTMP的质量为富锂锰基正极材料质量的0.1％～5％；优选LTMP的质量为富锂锰基正极材料质量的0.5％～2％；更优选LTMP的质量为富锂锰基正极材料质量的0.8％～1.2％。

PVP的质量为富锂锰基正极材料质量的0％～5％；优选PVP的质量为富锂锰基正极材料质量的0.5％～2％；更优选PVP的质量为富锂锰基正极材料质量的0.8％～1.2％。

一种本发明所述三偏磷酸锂的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将三偏磷酸钠(Na₃(PO₃)₃)加入氢氧化锂(LiOH)的饱和水溶液，得到混合物；