[发明专利]复合铁锂材料以及采用该复合铁锂材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料领域，尤其涉及一种复合铁锂材料以及采用该复合铁锂材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池与铅酸、镉镍等其他类型的电池相比具有比容量大、工作电压高、充电速度快、工作温度范围宽、循环寿命长、体积小、重量轻等优点。目前，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域。电动车和新能源储能领域对高能量密度储能电池的迫切需求给锂离子电池的发展带来了一个新的机会。

橄榄石型磷酸铁锂材料由于较长的循环寿命、高安全可靠性、环境友好性等在新兴能源领域越来越多的引起了研究人员的注意。然而在新能源领域往往需要大型的能量模块，需要成百上千甚至更多的单体电池来组合成一个大型的能量系统，此时单体电池的一致性和安全性对整个系统有着至关重要的影响，一节单体电池的失效会引起整个系统的崩溃。而通过电位变化对荷电状态的管理是目前对电池管理的比较常用的技术手段。

磷酸铁锂材料在其整个充放电区间内，很难通过电位变化来判断其荷电状态，以其充电特性为例，在10%到95%的荷电状态变化区间内，其电位变化只有50mv，很难通过电位变化来判断其荷电状态。而在充满电的95%到100%荷电状态区间内，磷酸铁锂材料的电位变化达到200mv左右，此时一个小的容量差异会引起很大的电压变化，其一致性很难控制。

发明内容

基于此，提供一种可以通过电位变化来判断荷电状态的复合铁锂材料以及采用该复合铁锂材料的锂离子电池。

一种复合铁锂材料，包括作为主体材料的磷酸铁锂以及掺杂在所述主体材料中的掺杂材料；

其中，所述掺杂材料可以与所述磷酸铁锂稳定共存且无副反应；

所述掺杂材料的充放电特性满足在10%到95%的荷电状态变化区间内，所述掺杂材料的单位电压差与单位荷电状态差的比值较所述磷酸铁锂的单位电压差与单位荷电状态差的比值大，并且所述掺杂材料的充放电特性满足在95%到100%的荷电状态变化区间内，所述掺杂材料的单位电压差与单位荷电状态差的比值较所述磷酸铁锂的单位电压差与单位荷电状态差的比值小。

在一个实施方式中，所述掺杂材料为尖晶石结构的锂锰材料和层状结构的锂过渡金属氧化物材料中的至少一种。

在一个实施方式中，所述掺杂材料占所述复合铁锂材料的总质量的质量百分数的1%~20%。

一种锂离子电池，包括正极片；其特征在于，

所述正极片包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体上的正极涂层；

所述正极涂层按照质量百分比包括80%~95%的正极活性材料、1%~10%的导电剂以及1%~10%的粘接剂；

所述正极活性材料为复合铁锂材料；

所述复合铁锂材料包括掺杂材料以及作为主体材料的磷酸铁锂；

其中，所述掺杂材料可以与所述磷酸铁锂稳定共存且无副反应；

所述掺杂材料的充放电特性满足在10%到95%的荷电状态变化区间内，所述掺杂材料的单位电压差与单位荷电状态差的比值较所述磷酸铁锂的单位电压差与单位荷电状态差的比值大，并且所述掺杂材料的充放电特性满足在95%到100%的荷电状态变化区间内，所述掺杂材料的单位电压差与单位荷电状态差的比值较所述磷酸铁锂的单位电压差与单位荷电状态差的比值小。

在一个实施方式中，所述掺杂材料为尖晶石结构的锂锰材料和层状结构的锂过渡金属氧化物材料中的至少一种。

在一个实施方式中，所述掺杂材料占所述复合铁锂材料的总质量的质量百分数的1%~20%。

这种复合铁锂材料包括掺杂材料以及作为主体材料的磷酸铁锂，并且掺杂材料的充放电特性满足在10%到95%的荷电状态变化区间内，掺杂材料的单位电压差与单位荷电状态差的比值较磷酸铁锂大，并且掺杂材料的充放电特性满足在95%到100%的荷电状态变化区间内，掺杂材料的单位电压差与单位荷电状态差的比值较磷酸铁锂小。通过掺杂这种掺杂材料，使得复合铁锂材料的充电特性曲线趋于平稳，相对于纯的磷酸铁锂材料，这种复合铁锂材料可以通过电位变化来判断荷电状态。

附图说明

图1为实施例1制备的复合铁锂材料的充放电特性曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

一实施方式的复合铁锂材料，包括掺杂材料以及作为主体材料的磷酸铁锂（LiFePO₄）。