本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池。
背景技術(shù)：
自從 1991 年，碳材料創(chuàng)造性的運(yùn)用于鋰離子電池領(lǐng)域，并帶來該領(lǐng)域革命性的變化，即高效而安全的進(jìn)行多次充放電后，其便被廣泛的運(yùn)用于移動電話、攝像機(jī)、筆記本電腦以及其他便攜式電器上。與傳統(tǒng)的鉛酸、Ni-Cd、MH-Ni 電池相比，鋰離子電池具有更高的比體積能量密度、比重量能量密度、更好的環(huán)境友好性、更小的自放電以及更長的循環(huán)壽命等，是二十一世紀(jì)理想的移動電器電源、電動汽車電源以及儲電站用儲電器。
目前商品化的負(fù)極材料主要是天然石墨、人造石墨、中間相炭微球等石墨類碳材料。石墨類碳材料，雖然具有導(dǎo)電性好、結(jié)晶程度高，具有良好的充放電平臺等優(yōu)點(diǎn)，但由于石墨為層狀結(jié)構(gòu)，與有機(jī)溶劑相溶性較差，在鋰離子電池充電過程中，其溶劑分子很容易隨鋰離子共嵌入石墨片層內(nèi)而破壞石墨層狀結(jié)構(gòu)，致使石墨層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生剝離、石墨顆粒發(fā)生崩裂或粉化，進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子電池循 環(huán)性劣化和容量的降低；且由于石墨自身結(jié)構(gòu)的特殊性，其大功率充放電性能也相對較差， 因此，一定程度上限制了石墨類碳材料在大功率鋰離子電池上的應(yīng)用，這也給非石墨類碳 材料留下了更為廣闊的發(fā)展空間。
鈦酸鋰（Li4Ti5O12）作為一種鋰離子電池負(fù)極材料，相比較于傳統(tǒng)的石墨類碳負(fù)極，具有很多優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)性能優(yōu)異，鈦酸鋰充電前后晶胞大小幾乎無變化，是一種零應(yīng)變材料；可快充，鈦酸鋰屬于尖晶石結(jié)構(gòu)，具有三維的鋰離子通道，鋰離子擴(kuò)散速度快；高安全，鈦酸鋰的嵌鋰電位在1.55V左右，遠(yuǎn)高于鋰枝晶析出電位，無析鋰風(fēng)險，同時鈦酸鋰作為一種過渡金屬氧化物，其熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于石墨類負(fù)極。由于鈦酸鋰具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，因此成為了當(dāng)前鋰離子電池研究中的熱點(diǎn)。
鈦酸鋰首次效率非常高，可達(dá)99%以上，而商業(yè)化正極材料如LiCoO2、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、LiFePO4、LiMn2O4首次效率較低，一般在85%-95%之間。這樣他們組成電池時，鈦酸鋰表面不可逆鋰的消耗很少，但正極由于表面新相生成占據(jù)鋰位、局部結(jié)構(gòu)坍塌、鋰/過渡金屬混排等原因?qū)е落囯x子從結(jié)構(gòu)中脫去不能回來；這樣一來，由于正極不可逆的鋰不能回去致使在鈦酸鋰中形成死鋰，從而導(dǎo)致了鈦酸鋰電池首次效率低下，容量偏低的問題。
因此，本發(fā)明提供一種可以提高鈦酸鋰電池首次效率和電池容量的正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決以上技術(shù)問題，提供一種正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池，將活性過渡金屬磷酸鹽的加入正極極片，可以吸收正極進(jìn)入負(fù)極中不可逆的鋰，減少正極鋰損失，從而提高鈦酸鋰電池首次效率，進(jìn)而提高電池容量。
為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種正極極片，包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層，其特征在于，所述正極材料層包括過渡金屬磷酸鹽，過渡金屬磷酸鹽具有嵌鋰活性，嵌鋰電位為3-4.5V。
進(jìn)一步地，所述過渡金屬磷酸鹽為MPO4，其中，M為活性三價過渡金屬離子。
更進(jìn)一步地，所述M為Fe3+、Co3+、Ni3+、Mn3+、V3+中至少一種。
進(jìn)一步地，所述過渡金屬磷酸鹽還包含摻雜金屬，摻雜金屬為Mg、Zn、Al、Ga、In、Cr、Zr、Ti、Nb、W中至少一種。
進(jìn)一步地，所述過渡金屬磷酸鹽表面包覆導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料為碳、碳納米管、石墨烯中任一種。
進(jìn)一步地，所述過渡金屬磷酸鹽具有晶體結(jié)構(gòu)或者無定形結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)方法合成或者電化學(xué)脫鋰合成。
進(jìn)一步地，所述正極材料層還包含活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。
更進(jìn)一步地，所述正極材料層中活性物質(zhì)：過渡金屬磷酸鹽：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑的質(zhì)量比為80-98： 0.5-10：0.5-5：1-5。
更進(jìn)一步地，所述活性物質(zhì)為LiCoO2、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、LiFePO4、LiFeMnPO4、Li3V2(PO4)2、LiMn2O4中至少一種
一種鈦酸鋰電池，包括正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片為上述的正極極片，負(fù)極極片為鈦酸鋰或改性鈦酸鋰。
本發(fā)明針對首次效率正極活性物質(zhì)低于負(fù)極活性物質(zhì)的鈦酸鋰電池：正極活性物質(zhì)在首次充電時由于表面新相生成占據(jù)鋰位、局部結(jié)構(gòu)坍塌、鋰過渡金屬混排等原因?qū)е落囯x子從結(jié)構(gòu)中脫去不能回來，而負(fù)極鈦酸鋰較高的首次效率使得正極過來的鋰基本全部進(jìn)入嵌鋰位，但由于正極不可逆的鋰不能回去致使在鈦酸鋰中形成死鋰，從而導(dǎo)致了鈦酸鋰電池首次效率低下，容量偏低的問題。活性過渡金屬磷酸鹽的加入可以吸收正極進(jìn)入負(fù)極中不可逆的鋰，減少正極鋰損失，從而提高鈦酸鋰電池首次效率，進(jìn)而提高電池容量。
本發(fā)明一種正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)和優(yōu)異的效果在于：
1.本發(fā)明將活性過渡金屬磷酸鹽加入正極極片，可以吸收正極進(jìn)入負(fù)極中不可逆的鋰，減少正極鋰損失，從而提高鈦酸鋰電池首次效率，進(jìn)而提高電池容量。
2. 本發(fā)明的方法操作簡潔，成本低廉，可以提高鈦酸鋰電池的首次效率及容量，對促進(jìn)鈦酸鋰電池的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。
具體實(shí)施方式
以下通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
以下實(shí)施中過渡金屬磷酸鹽的嵌鋰電位在3-4.5V之間。
實(shí)施例1
一種正極極片，包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括過渡金屬磷酸鹽，過渡金屬磷酸鹽具有嵌鋰活性，所述過渡金屬磷酸鹽為FePO4，所述正極材料層還包含活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，活性物質(zhì)為LiFePO4，LiFePO4：FePO4：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑的質(zhì)量比為80： 10：5：5；一種鈦酸鋰電池，包括正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片為上述的正極極片，負(fù)極極片為改性鈦酸鋰。
實(shí)施例2
一種正極極片，包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括過渡金屬磷酸鹽，過渡金屬磷酸鹽具有嵌鋰活性，嵌鋰電位為4V，所述過渡金屬磷酸鹽為MnPO4所述MnPO4還包含摻雜金屬，摻雜金屬為Mg，所述正極材料層還包含活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，活性物質(zhì)為LiCoO2，LiCoO2：MnPO4：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑的質(zhì)量比為98： 0.5： 0.5： 1；一種鈦酸鋰電池，包括正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片為上述的正極極片，負(fù)極極片為鈦酸鋰。
實(shí)施例3
一種正極極片，包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括過渡金屬磷酸鹽，過渡金屬磷酸鹽具有嵌鋰活性，所述過渡金屬磷酸鹽為CoPO4，所述過渡金屬磷酸鹽表面包覆導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料為碳；述正極材料層還包含活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，活性物質(zhì)為鎳鈷錳酸鋰，鎳鈷錳酸鋰：CoPO4：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑的質(zhì)量比為88:7:3:2；一種鈦酸鋰電池，包括正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片為上述的正極極片，負(fù)極極片為改性鈦酸鋰。
實(shí)施例4
一種正極極片，包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括過渡金屬磷酸鹽，過渡金屬磷酸鹽具有嵌鋰活性，所述過渡金屬磷酸鹽為VPO4，所述過渡金屬磷酸鹽還包含摻雜金屬，摻雜金屬為Al和W，所述過渡金屬磷酸鹽表面包覆導(dǎo)電材料碳納米管，所述過渡金屬磷酸鹽具有晶體結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)方法合成，所述正極材料層還包含活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述正極材料層中活性物質(zhì)：VPO4：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑的質(zhì)量比為90： 5：3：2，所述活性物質(zhì)為鎳鈷錳酸鋰和LiMn2O4的混合物；一種鈦酸鋰電池，包括正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片為上述的正極極片，負(fù)極極片為改性鈦酸鋰。
實(shí)施例5
一種正極極片，包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括過渡金屬磷酸鹽，過渡金屬磷酸鹽具有嵌鋰活性，嵌鋰電位為4V，所述過渡金屬磷酸鹽為MPO4，其中，M為活性三價過渡金屬離子，所述M為Fe3+和Mn3+，所述過渡金屬磷酸鹽表面包覆導(dǎo)電材料石墨烯，，所述正極材料層還包含活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述正極材料層中活性物質(zhì)：過渡金屬磷酸鹽：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑的質(zhì)量比為86： 7：4：3，所述活性物質(zhì)為鎳鈷鋁酸鋰和錳酸鋰；一種鈦酸鋰電池，包括正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片為上述的正極極片，負(fù)極極片為鈦酸鋰。
實(shí)施例6
一種正極極片，包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括過渡金屬磷酸鹽，過渡金屬磷酸鹽具有嵌鋰活性，所述過渡金屬磷酸鹽為MPO4，其中，M為活性三價過渡金屬離子，所述M為Fe3+，所述過渡金屬磷酸鹽還包含摻雜金屬，摻雜金屬Al，所述過渡金屬磷酸鹽表面包覆導(dǎo)電材料碳，所述過渡金屬磷酸鹽具有晶體結(jié)構(gòu)，通過電化學(xué)脫鋰合成，所述正極材料層還包含活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述正極材料層中活性物質(zhì)：FePO4：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑的質(zhì)量比為85： 5：5：5，所述活性物質(zhì)為Li3V2(PO4)2；一種鈦酸鋰電池，包括正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片為上述的正極極片，負(fù)極極片為改性鈦酸鋰。