[发明专利]磷酸铁锂电池

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂电池，包括正极、负极和电解液，正极包括正极活性材料，电解液包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，正极活性材料为磷酸铁锂类材料，添加剂包括如结构式I所示的化合物A，其中，R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C₁～C₆的烷基、取代或未取代的C₂～C₆的烯基、取代或未取代的硅烷基、C₁～C₆的氰基、C₁～C₆的酯基。本发明采用如结构式I所示的化合物，可于正极‑电解液界面处形成无机SEI膜和有机SEI膜的双界面膜，可有效阻止磷酸铁锂材料中Fe离子的溶出，进而改善磷酸铁锂电池的循环、存储等性能。

技术领域

本发明涉及储能器械领域，具体涉及一种锂离子二次电池，尤其涉及一种磷酸铁锂电池。

背景技术

目前，锂离子电池具有能量密度高、寿命长、环境友好等优点，已经广泛应用手机，笔记本电脑，数码相机等电子产品中，还作为动力电池逐渐在电动自行车，航模，电动汽车上得到广泛使用。

其中，正极材料作为锂离子电池的关键材料之一，对整个锂离子电池的容量起着决定性的作用，也正成为各国新能源材料领域研发，产业化以及大规模应用的焦点。在目前比较多的正极材料研究中，钴酸锂和镍酸锂因结构不稳定存在安全问题，以及环境问题不适合大规模的应用。锰酸锂材料存在高温循环容量衰减严重的问题，制约着其在动力电池领域进一步的应用。尽管NCM三元材料综合性能比较突出，但仍然存在有毒元素和战略资源元素Co的问题，该材料只能作为过渡性产品应用。对于磷酸铁锂材料而言，由于其循环性能优异，安全性能高，环境友好，成本适中，成为未来最有潜力在储能与动力电池领域大规模应用的正极材料。

但是以磷酸铁锂材料为正极材料的磷酸铁锂电池在循环过程中，磷酸铁锂材料中的Fe原子会溶出，而于负极表面沉积，导致金属锂枝晶的产生，最终会恶化磷酸铁锂电池的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂电池，此电池中采用特定的添加剂可有效阻止磷酸铁锂材料中Fe原子的溶出从而改善磷酸铁锂电池的电化学性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种磷酸铁锂电池，包括正极、负极和电解液，正极包括正极活性材料，电解液包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，正极活性材料为磷酸铁锂类材料，添加剂包括如结构式I所示的化合物，

其中，R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C₁～C₆的烷基、取代或未取代的C₂～C₆的烯基、取代或未取代的硅烷基、C₁～C₆的氰基、C₁～C₆的酯基。

本发明采用如结构式I所示的化合物A，在首次充电过程中，化合物A五元环的两侧氮上的孤对电子会结合锂，而形成较为致密的界面膜，该界面膜为一种无机SEI膜，此无机SEI膜会沉积在电极/电解液界面处的电极一侧。同时，其结构中五元环内共轭双键会聚合，可于正极-电解液界面处形成具有N-N-N-双键结构的聚合物，其为一种有机SEI膜，形成此膜可优化正极/电解液界面。从而，在电池首次充电过程中，形成了无机SEI膜和有机SEI膜的双界面膜，其可有效阻止磷酸铁锂材料中Fe离子的溶出，进而改善了磷酸铁锂电池的循环和存储等性能。