[发明专利]一种掺杂改性型金属焦磷酸盐正极材料

说明书

本发明涉及一种掺杂改性型金属焦磷酸盐正极材料。本发明属于无机新能源材料技术领域。一种掺杂改性型金属焦磷酸盐正极材料，其特点是：掺杂改性型金属焦磷酸盐正极材料为掺杂结构的聚阴离子焦磷酸盐正极材料Li_2‑xMa_xM_1‑yMb_yP₂O_7‑zN_z，0≤x≤0.1，0≤y≤0.05，0.03≤z≤0.07，包含阴离子掺杂(N)和阳离子掺杂(Ma和Mb)，也包括锂位上的金属元素掺杂、过渡金属位上的阳离子掺杂，以及氧位上的非金属元素掺杂。本发明掺杂有助于改善材料的离子电导率、稳定材料的结构、同时具有改善材料与电解液界面的相容性等优点。

技术领域

本发明属于无机新能源材料技术领域，特别是涉及一种掺杂改性型金属焦磷酸盐正极材料。

背景技术

目前，在新能源领域中，无论是储能还是动力电池，都不离不开电源系统的有力支持，我国着力发展锂离子电池体系的新能源，锂离子电池也可以分为各种各样的体系，这其中市场份额权重较高的是磷酸铁锂电池，这种电池安全性好，循环寿命长，对环境污染小，但这种材料本身也存在着电压低、能量密度低等一系列问题。

作为聚阴离子正极材料的一种，除了以磷酸铁锂、磷酸锰锂为代表的一系列正极材料之外，还存在有类是在充放电过程中迁出和嵌入的锂离子数大于1的正极材料，这些材料往往具有比较高的容量，同时由于在不同充电截止电压下锂离子的脱出反应才有可能发生，因此该类材料的工作电压一般也比较高。

过渡金属焦磷酸盐材料Li₂MP₂O₇，作为提到的上述材料的一种，由于结构中存在2个锂离子因此理论上可以释放出更高的，从可供选择的元素的氧化还原电位上来看，第一个锂离子完全脱出后，电位最低的铁元素也在3.5V左右，而第二个锂离子脱出后的电位更是在5.2V左右，因此该类材料的电压也较高。

过渡金属聚阴离子焦磷酸盐正极材料的离子电导和电子电导率较之磷酸铁锂更低，因此就必须采取一定的手段进材料的掺杂或者包覆改性，目前商业化最常见的表面包覆方法是碳包覆，而掺杂改性则可以分为锂位、过渡金属元素M位以及阴离子掺杂。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种掺杂改性型金属焦磷酸盐正极材料。

本发明的目的是提供一种掺杂有助于改善材料的离子电导率、稳定材料的结构、同时改善材料与电解液界面的相容性等特点的掺杂改性型金属焦磷酸盐正极材料。

本发明针对Li₂MP₂O₇系列材料，电导率低、与电解液相容性等一系列问题，发明了一种掺杂结构的聚阴离子焦磷酸盐正极材料Li_2-xMa_xM_1-yMb_yP₂O_7-zN_z，从结构上看，该材料包含了阴离子掺杂(N)和阳离子掺杂(Ma和Mb)，也包括了锂位上的金属元素掺杂、过渡金属位上的阳离子掺杂，以及氧位上的非金属元素掺杂。

本发明所述的掺杂包括锂位上阳离子掺杂、过渡金属位上的阳离子掺杂以及氧位上的阴离子掺杂三部分部分：

(1)利用锂空位改善充放电过程中锂离子扩散效果的锂位掺杂Ma

Ma的选择为第I，II主族的金属元素，包括Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺、Fr⁺以及Be²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Ra²⁺的一种0≤x≤0.1；