[发明专利]磷酸铁及磷酸铁复合材料作为负极在锂离子电池中的应用

说明书

本发明涉及磷酸铁及磷酸铁复合材料作为负极材料在锂离子电池中的应用，所述磷酸铁复合材料包括磷酸铁掺杂材料及磷酸铁掺杂材料的包覆材料或磷酸铁包覆材料。所述磷酸铁掺杂材料为Li_xFePO₄、Fe_xM_1‑xPO₄或LiFeMPO₄，其中，M为除Li之外的其它金属或非金属元素，x＜1。所述磷酸铁包覆材料为N@FePO₄，其中，N为包覆在FePO₄材料表面的金属或是非金属元素。所述磷酸铁掺杂材料的包覆材料为N@Li_xFePO₄、N@Fe_xM_1‑xPO₄或N@LiFeMPO₄，其中，N为包覆在Li_xFePO₄、Fe_xM_1‑xPO₄或LiFeMPO₄材料表面的金属或是非金属元素。本发明提供的磷酸铁及磷酸铁复合材料具有储存锂离子的功能，然后转变为磷酸铁锂或磷酸铁锂复合材料，磷酸铁锂或磷酸铁锂复合材料再通过脱出锂离子转变为磷酸铁或磷酸铁复合材料，因此具有储存锂离子的功能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体地，涉及磷酸铁及磷酸铁复合材料作为负极在锂离子电池中的应用。

背景技术

近年来，能源危机日益严重，对新型能源的需求日益迫切。研究开发新型可替代能源和节能减排具有重要发展战略意义。而锂离子电池作为一种绿色环保的新能源越来越受到人们的重视。高容量、长寿命、安全性高的新型锂离子电池成为人们追求的目标。

锂离子电池负极材料是电池的重要组成部分，负极材料在电池发展中占有举足轻重的地位。当前锂离子电池的负极材料包括以下几种：（1）锂金属负极；（2）碳基负极材料；（3）硅基/锡基以及其它形成合金类型的负极材料；（4）M₂O₃为基础的金属氧化负极材料，其中M为任意金属材料，金属可以发生变化化合价态，储存锂离子；（5）TiO₂、Li₄Ti₅O₁₂类型负极材料。在目前商业化的锂离子电池中，普遍使用石墨作为负极材料。尽管石墨已广泛应用于商业化锂离子电池，但其低的克容量限制了其未来的应用需求。

随着锂离子电池正极材料的快速发展，出现了许多高于4.5 V电压以上的正极材料。这些正极材料与当前负极材料组装，如上述第（1）～（4）的负极材料，会出现全电池电压超过4.2 V甚至更高。这种高电压容易使电解液在正极发生氧化分解，严重影响电池循环性能。而对于第（5）种Li₄Ti₅O₁₂负极材料，虽然可以使全电池电压控制在4.2 V以下范围。但是Li₄Ti₅O₁₂负极材料存在如下两种缺点：其一，钛元素价格成本较高，而且合成成本也很高，影响材料的大规模产业化发展；其二，Li₄Ti₅O₁₂负极材料容易出现过放电和过充电现象，并产生大量气体，严重影响电池循环性能。

因此，很有必要研究一种不但能够与高于4.5 V以上的正极材料配合以得到合适电压范围的全电池，而且不会使电解液发生氧化分解，可获得长循环的负极材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供磷酸铁及磷酸铁复合材料作为负极材料在锂离子电池中的应用。

本发明提供的磷酸铁及磷酸铁复合材料具有储存锂离子的功能，然后转变为磷酸铁锂或磷酸铁锂复合材料，磷酸铁锂或磷酸铁锂复合材料再通过脱出锂离子转变为磷酸铁或磷酸铁复合材料，因此具有储存锂离子的功能。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池负极材料。