[發(fā)明專利]多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料、其制備方法及以其為正極材料的鋰離子電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110271677.5
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102306783A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王殿龍;王博;王秋明;王林;孫笑寒
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/136;H01M10/0525
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料、制備方法及以其為正極材料的鋰離子電池。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰電池具有安全性好，循環(huán)壽命長，環(huán)境友好等優(yōu)點，是驅(qū)動電動汽車的理想電源體系。但目前的磷酸鐵鋰電池在高倍率性能方面，還難以滿足純電動車和插電式混合電動車對電池快速充電的要求，制約了電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

石墨稀導(dǎo)電性好，比表面積大，具有突出的超級電容性質(zhì)，若能利用多層石墨稀的納米層狀結(jié)構(gòu)，將磷酸鐵鋰材料復(fù)合到多層石墨稀的層間，制備出多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料和以此為正極材料的混合儲能電池，在電池快速充放電時石墨稀的超級電容性質(zhì)能夠分擔(dān)電流，使混合儲能電池既具有高能量密度又具有高功率密度，能夠滿足純電動車和插電式混合電動車對電池快速充電的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有磷酸鐵鋰材料導(dǎo)電性差，以其為正極材料的鋰離子電池大倍率充放電性能差的問題，本發(fā)明提供了一種多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料、其制備方法及以其為正極材料的鋰離子電池。

本發(fā)明的多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料，是通過將多層石墨烯、三價鐵鹽、磷源化合物、鋰源化合物和有機小分子碳源采用流變相法制得復(fù)合前驅(qū)體，再將復(fù)合前驅(qū)體燒結(jié)得到的，其中，三價鐵鹽中的Fe與磷源化合物中的P的摩爾比為1∶1，鋰源化合物中的Li與磷源化合物中的P的摩爾比為1～1.1∶1，有機小分子碳源與磷酸鐵鋰?yán)碚摦a(chǎn)量的質(zhì)量比為0.4～0.8∶1，多層石墨烯與磷酸鐵鋰?yán)碚摦a(chǎn)量的質(zhì)量比為0.005～0.3∶1。

本發(fā)明的多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料的制備方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的：一、按Fe、P和Li的摩爾比為Fe∶P∶Li＝1∶1∶1～11的比例稱取三價鐵鹽、磷源化合物和鋰源化合物，按有機小分子碳源與磷酸鐵鋰?yán)碚摦a(chǎn)量的質(zhì)量比為0.4～0.8∶1的比例稱取有機小分子碳源，按多層石墨烯與磷酸鐵鋰?yán)碚摦a(chǎn)量的質(zhì)量比為0.005～0.3∶1的比例稱取多層石墨烯；二、將步驟一稱取的三價鐵鹽、磷源化合物、鋰源化合物、有機小分子碳源和多層石墨烯的混合得混合物，然后向混合物中加入去離子水，再超聲波攪拌2～4小時得到分散液，其中，去離子水質(zhì)量是混合物質(zhì)量的5～10倍；三、將步驟二得到的分散液置于50～100℃的溫度下攪拌使生成的流變體浸入到多層石墨稀的層間形成插層復(fù)合物，然后將插層復(fù)合物干燥至恒重制得復(fù)合前驅(qū)體；四、將步驟三得到的復(fù)合前驅(qū)體研磨得粉體，然后將粉體置于惰性氣體和/或還原性氣體的保護氣氛爐中預(yù)分解得中間產(chǎn)物，控制預(yù)分解溫度為200～300℃，預(yù)分解時間為2～4小時；五、將步驟四得到的中間產(chǎn)物置于惰性氣體和/或還原性氣體的保護氣氛爐中煅燒，然后冷卻至室溫得到煅燒產(chǎn)物，其中，煅燒溫度為550～650℃，煅燒時間為5～12小時；六、將步驟五的煅燒產(chǎn)物粉碎分選，即得多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料。

本發(fā)明步驟三中所述流變體是指在應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生流動與變形的物體。本實施方式中形成的流變體要求具有固體粒子和液體物質(zhì)分布均勻、接觸緊密，熱交換良好的特點。

本發(fā)明以多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料為正極材料的鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔離膜和鋁塑復(fù)合膜，所述隔離膜位于正極片和負(fù)極片之間，鋁塑復(fù)合膜包裹在正極片、負(fù)極片和隔離膜的外周，其中，正極片由正極集流體和正極漿料制造而成，所述正極漿料按質(zhì)量百分比由80％～95％的多層石墨烯/磷酸鐵鋰插層復(fù)合材料、2％～10％的導(dǎo)電劑和3％～10％的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯組成，正極漿料在正極集流體表面的涂布面密度為50～200g/m²。