[发明专利]一种共掺杂磷酸铁锂材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种共掺杂磷酸铁锂材料及其制备方法与应用，所述共掺杂磷酸铁锂材料包括铁位掺杂元素和锂位掺杂元素，所述铁位掺杂元素在共掺杂磷酸铁锂材料中的含量为Isubgt;F/subgt;，锂位掺杂元素在共掺杂磷酸铁锂材料中的含量为Isubgt;L/subgt;，Isubgt;F/subgt;和Isubgt;L/subgt;满足如下关系式：I＝4×(Isubgt;F/subgt;supgt;2/supgt;/Isubgt;L/subgt;)/9(Isubgt;F/subgt;+Isubgt;L/subgt;)，其中，0＜I≤1；所述共掺杂磷酸铁锂材料通过锂位和铁位的共掺杂，以及合理调控掺杂含量之间的关系，既提高了材料的离子扩散速率和导电性，同时又保证了磷酸铁锂材料容量正常发挥且循环使用寿命不受影响。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种共掺杂磷酸铁锂材料及其制备方法与应用。

背景技术

橄榄石型LiFePO₄正极材料具有比能量大、工作电压高、循环性能稳定、无记忆效应以及对环境无污染等优点，因而受到广泛关注和应用。但LiFePO₄的电子电导率小(＜10^-9S·cm^-1)及离子扩散系数低(10^-16～10^-14cm²·S^-1)阻碍了其广泛应用。自从在LiFePO⁴结构中掺入少量金属离子提高LiFePO⁴电导率约8个数量级开始，现有技术中针对如何提高或改善该材料的电化学性能展开了掺杂改性的研究。

LiFePO₄的掺杂改性是指通过化学方法把元素掺杂进入到LiFePO₄的结构中，替代当中的某种或者是多种元素从而达到改善LiFePO₄电化学性能的目的。如CN 116053467A公开了一种掺杂改性的磷酸铁锂材料及其制备方法、锂离子电池，所述掺杂改性的磷酸铁锂材料包括：掺杂型磷酸铁锂内核；以及碳包覆层，包覆在所述掺杂型磷酸铁锂内核的表面；所述掺杂型磷酸铁锂内核为B和M共掺杂的磷酸铁锂，其中，M代表掺杂金属元素，选自Ti、Nb、Al中的至少一种，B代表硼元素；其通过将B元素和其他元素(Ti、Nb、Al中的至少一种)共掺杂到磷酸铁锂中，改善了碳包覆的磷酸铁锂材料的倍率性能，解决了磷酸铁锂电子电导率和离子电导率较低的问题；但是现有技术中通过对磷酸铁锂进行掺杂元改性后，往往会伴随磷酸铁锂材料容量无法正常发挥且循环使用寿命受到影响的问题。

基于以上研究，需要提供一种共掺杂磷酸铁锂材料，所述共掺杂磷酸铁锂材料既能提高材料的离子扩散速率和导电性，同时还保证了磷酸铁锂材料容量正常的发挥，且不影响其循环使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共掺杂磷酸铁锂材料及其制备方法与应用，所述共掺杂磷酸铁锂材料通过锂位和铁位的共掺杂，以及合理调控掺杂量之间的关系，既提高了材料的离子扩散速率和导电性，同时又保证了磷酸铁锂材料容量正常发挥且循环使用寿命不受影响。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种共掺杂磷酸铁锂材料，所述共掺杂磷酸铁锂材料包括铁位掺杂元素和锂位掺杂元素，所述铁位掺杂元素在共掺杂磷酸铁锂材料中的含量为I_F，锂位掺杂元素在共掺杂磷酸铁锂材料中的含量为I_L，I_F和I_L满足如下关系式：

I＝4×(I_F²/I_L)/9(I_F+I_L)，其中，0＜I≤1。