[发明专利]阴极材料

说明书

本发明提供了颗粒状碳涂覆的锂金属磷酸盐材料，其具有小于或等于1ppm的铜含量。还提供了制备此类材料的方法，所述方法涉及使用包含2‑氨基甲基吡啶官能团的吸附材料以从用于形成锂金属磷酸盐的亚铁(II)前体中除去铜。

技术领域

本发明涉及具有低铜含量的碳涂覆的锂金属磷酸盐材料、用于制备此类材料的方法以及此类材料用于制备用于二次锂离子电池的电极的用途。

背景技术

锂金属磷酸盐材料诸如磷酸铁锂(LFP)和锂锰铁磷酸盐(LMFP)已被广泛用作二次锂离子电池中的阴极材料。这是由于结合了此类材料的电池的有利特性，包括高功率密度和良好的安全性特征。用于此类电池中的锂金属磷酸盐材料主要为涂覆有导电碳的颗粒形式，并且通常通过熔融方法、水热方法或固态方法来制备。

已推测，此类阴极材料中存在的低含量杂质可导致电池寿命的降低。仍然需要用于制备具有改善的电化学性能的锂金属磷酸盐材料的改进方法。

发明内容

已令人惊奇地发现，包含2-氨基甲基吡啶官能团的某些吸附材料可用于从通常用于制备锂金属磷酸盐材料的铁前体中除去痕量的铜。还已发现，使用此类方法能够形成具有极低铜含量的锂金属磷酸盐材料。此类材料具有在重复的充电放电循环期间提供改善的电化学性能，从而延长电池寿命的潜力。

因此，在本发明的第一方面，提供了颗粒状碳涂覆的锂金属磷酸盐，该颗粒状碳涂覆的锂金属磷酸盐具有下式：Li_xFe_1-yMn_yPO₄，其中0.8≤x≤1.2并且0≤y≤0.9，并且其中至多10原子％的Fe可被掺杂剂金属替代，至多10原子％的磷酸盐可被硫酸盐和/或硅酸盐替代，并且其中碳涂覆的锂金属磷酸盐具有小于或等于1ppm的铜含量。优选地，碳涂覆的锂金属磷酸盐具有小于或等于0.1ppm、更优选小于或等于0.01ppm的铜含量。此类材料可通过如本文所述的方法获得。

在本发明的第二方面，提供了一种用于制备颗粒状碳涂覆的锂金属磷酸盐的方法，该颗粒状碳涂覆的锂金属磷酸盐具有小于或等于1ppm、优选地小于或等于0.1ppm、更优选地小于或等于0.01ppm的铜含量，该方法包括以下步骤：(i)使亚铁(II)盐的酸性溶液与吸附材料接触以形成亚铁(II)前体溶液，该吸附材料包含2-氨基甲基吡啶官能团；(ii)将所述亚铁(II)前体溶液与至少一种锂源、至少一种磷酸盐源、任选地至少一种锰源、任选地至少一种掺杂剂金属源、任选地至少一种硅酸盐源和任选地至少一种硫酸盐源混合，以形成前体混合物；(iii)在水热条件下从前体混合物中获得颗粒状锂金属磷酸盐；(iv)使颗粒状锂金属磷酸盐与碳源接触；以及(v)加热颗粒状锂金属磷酸盐和碳源以形成颗粒状碳涂覆的锂金属磷酸盐。

已令人惊奇地发现，即使在初始酸性溶液中存在高亚铁(II)浓度的情况下，吸附剂材料也可用于除去痕量的铜。这使得能够将该方法用于大规模生产。通常，亚铁(II)盐的酸性溶液包含至少5重量％的铁，优选地至少6重量％的铁，更优选至少8重量％的铁。

通常，吸附材料可以是例如用2-氨基甲基吡啶官能团改性的交联聚苯乙烯树脂或用2-氨基甲基吡啶官能团改性的硅聚合物复合材料。该官能团可优选地包含双(2-吡啶甲基)胺。

锂金属磷酸盐材料特别适用于制备用于二次锂离子电池的电极。因此，在本发明的另外方面，提供了一种用于二次锂离子电池的电极和包括这种电极的二次锂离子电池，该电极包括如本文所述的颗粒状碳涂覆的锂金属磷酸盐。

具体实施方式

现在将阐述本发明的优选的和/或可选的特征。除非上下文另外要求，否则本发明的任何方面可与本发明的任何其他方面组合。除非上下文另外要求，否则任何方面的任何优选的和/或可选的特征可单独地或组合地与本发明的任何方面组合。