[發明專利]一種磷酸鐵鋰復合正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610021939.5
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105514432B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 李震祺;劉立君;宋翠環
• 申請（專利權）人: 李震祺;劉立君
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 孫偉

本發明提供了一種磷酸鐵鋰復合正極材料及其制備方法，所述磷酸鐵鋰材料中包覆或摻雜有摻雜型石墨烯，其中，所述摻雜型石墨烯的包覆量或摻雜量為6~10wt%。采用本發明的技術方案，磷酸鐵鋰正極材料與摻雜型石墨烯復合后不僅極大地提高了磷酸鐵鋰的電子電導率，而且同時提高材料的鋰離子擴散速率，從而提高了磷酸鐵鋰大倍率充放電性能，改善了材料的低溫充放電性能；且制備工藝簡單，適合工業大規模生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰復合正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著新能源技術的推廣，鋰離子動力電池在新能源汽車上的應用與發展正如火如荼地進行。電池材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素，正極材料的性能更是起到決定性作用。磷酸鐵鋰因具有高達170mAh/g的理論容量、良好的循環性能和安全性能，引起動力鋰離子電池領域技術人員的關注。但由于磷酸鐵鋰具有較低的鋰離子擴散速率（10^-14～10^-10cm²/s）和低的電子電導率（<10^-9s/cm），使得磷酸鐵鋰實際容量遠低于理論值，而且磷酸鐵鋰在大倍率充放電時容量衰減更是迅速，不能滿足動力電池的使用需求。

目前，研究者們多采用碳包覆、導電聚合物包覆、離子摻雜等手段改善磷酸鐵鋰的導電性能，包覆改善方法提高了材料的電子電導率，但對于鋰離子的遷移和擴散無任何改善，甚至還會阻礙鋰離子的遷移擴散；通過離子摻雜可同時改善電子電導率和離子擴散率，但效果甚微；隨著動力電池對高能量密度、高功率密度的要求，使得進一步提高磷酸鐵鋰的導電性和容量發揮水平日益凸顯重要。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種磷酸鐵鋰復合正極材料及其制備方法，既提高了材料的電子電導率，又提高了材料鋰離子擴散率，改善了材料的大倍率充放電能力，降低了電池正極材料循環容量的衰減、提高了高倍率下的循環壽命，滿足高能量、大功率動力鋰離子電池發展需求。

對此，本發明的技術方案為：

一種磷酸鐵鋰復合正極材料，所述磷酸鐵鋰材料中包覆或摻雜有摻雜型石墨烯，其中，所述摻雜型石墨烯的包覆量或摻雜量為6～10wt%（重量百分比）。

作為本發明的進一步改進，所述摻雜型石墨烯為p型石墨烯摻雜體或n型石墨烯摻雜體。

作為本發明的進一步改進，所述摻雜型石墨烯中的摻雜元素為N、B或P。

作為本發明的進一步改進，所述摻雜型石墨烯中的摻雜元素的重量含量為8～10%。

作為本發明的進一步改進，所述磷酸鐵鋰復合正極材料采用以下步驟制備得到：

步驟S1：制備磷酸鐵鋰前驅體；

步驟S2：將摻雜體原料與氧化石墨烯粉末混合研磨，在惰性氣氛下于600～800℃加熱6～8h，冷卻得到摻雜型石墨烯；

步驟S3：將所述摻雜型石墨烯與磷酸鐵鋰前驅體粉末球磨混合，所述摻雜型石墨烯與磷酸鐵鋰前驅體的質量比為1:9～1:15，然后在惰性氣氛下于700～900℃加熱10～15h，冷卻后得到石墨烯摻雜體包覆量為6～10wt%的磷酸鐵鋰復合材料。

采用此技術方案，通過石墨烯摻雜體改性的磷酸鐵鋰復合材料，既提高了正極材料的電子電導率，又提高了正極材料中的鋰離子擴散率，改善了正極材料的大倍率充放電能力，降低電池正極材料循環容量的衰減、提高了高倍率下的循環壽命。

作為本發明的進一步改進，步驟S2中，所述摻雜體原料為p型或n型摻雜體原料。

作為本發明的進一步改進，所述摻雜元素為N、B或P。

作為本發明的進一步改進，所述摻雜型石墨烯與磷酸鐵鋰前驅體的質量比為1:12～1:14。