[發(fā)明專利]一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711123427.0
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN108091833A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李桂臣;朱濤
• 申請（專利權(quán)）人: 山東豐元化學(xué)股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 孔娟

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備領(lǐng)域，具體的說是一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰復(fù)合材料及其制備方法，其復(fù)合材料呈現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為磷酸鐵鋰及其摻雜在之間的石墨烯，外殼為無機(jī)鋰鹽和碳氮復(fù)合體。其制備方法為：首先配置磷酸鐵鋰前驅(qū)體，之后添加氧化石墨烯溶液并通過水熱反應(yīng)、低溫干燥、熱還原制備出石墨烯/磷酸鐵鋰前驅(qū)體，之后通過電子束蒸發(fā)法和化學(xué)氣相法在其表面鋰鹽及其有機(jī)碳氮源。其制備出的材料利用石墨烯自身潤滑性能提高材料的壓實(shí)密度，并利用外殼鋰鹽離子導(dǎo)電性的特性及其碳氮源電子導(dǎo)電性的提高其材料大倍率條件下的離子和電子傳輸速率，提高其材料的倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著市場對電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程和安全性能要求的提高，要求電動(dòng)汽車所配鋰離子電池模塊或鋰離子電池具有更高的能量密度及其高的安全性能，而目前電動(dòng)汽車所用鋰離子電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元電池，而磷酸鐵鋰電池以其安全性能高、循環(huán)壽命長、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)而在電動(dòng)汽車的一些領(lǐng)域得到使用，但是其克容量低及其能量密度低限制其應(yīng)用范圍。因此，為拓寬和提高其磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域，需要提高其能量密度，而提高電池能量密度的方法可以通過提高材料的克容量或壓實(shí)密度等方法提高。而提高磷酸鐵鋰壓實(shí)密度則是一種提高材料能量密度的有效方法之一，目前提高材料的壓實(shí)密度主要有：摻雜、包覆及其材料的微米化等措施，而包覆技術(shù)則是一種快捷、簡單及其成本低的方法，目前對磷酸鐵鋰的包覆主要是通過在液相法和固相法在磷酸鐵鋰表面包覆有機(jī)化合物碳化后形成的碳，其具有過程簡單、價(jià)格低廉及其一致性高等優(yōu)點(diǎn)，但是其包覆層厚度較厚，達(dá)到亞微米級別，造成其磷酸鐵鋰的克容量發(fā)揮較低及其壓實(shí)密度偏低，造成其材料的能量密度偏低影響其應(yīng)用，比如專利（CN101630730A）提供了一種納米磷酸鐵鋰的制備方法，其主要固相法對其磷酸鐵鋰包覆純的碳源，雖然在材料的克容量及其倍率性能方面得到改善，但是其材料的壓實(shí)密度偏低，同時(shí)其充放電過程中鋰離子的傳輸數(shù)量有限，造成其材料的大倍率性能偏差。因此為開發(fā)出一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰材料的同時(shí)，材料的倍率性能影響不大顯得非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前磷酸鐵鋰壓實(shí)密度偏低，倍率性能差等發(fā)明存在的不足，本發(fā)明提供了一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰復(fù)合材料，該復(fù)合材料壓實(shí)密度大，倍率性能高。

本發(fā)明還提供了上述復(fù)合材料的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的采用以下技術(shù)方案：

一種高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰復(fù)合材料，所述復(fù)合材料呈現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為磷酸鐵鋰和石墨烯，外殼由里向外包括第一外殼和第二外殼，其中所述第一外殼為無機(jī)鋰鹽；所述第二外殼為碳氮物質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述的磷酸鐵鋰和石墨烯的質(zhì)量比為98-99.5：0.5-2；所述的外殼厚度為50nm～200nm，其中第一外殼和第二外殼的厚度比為100：1～5。

優(yōu)選地，所述的無機(jī)鋰鹽為鈦酸鋰、硅酸鎂鋰、錳酸鋰和釩酸鋰中的一種；

上述復(fù)合材料的制備方法，采用以下步驟：

（1）石墨烯/磷酸鐵鋰材料A的制備：

同時(shí)將鋰源、鐵源和磷源溶于溶劑中，攪拌配置成磷酸鐵鋰前驅(qū)體溶液，然后添加氧化石墨烯溶液，過濾、真空干燥、高溫?zé)Y(jié)得到石墨烯/磷酸鐵鋰材料A；

（2）材料B的制備：

將無機(jī)鋰鹽放置于氣相蒸發(fā)爐中，采用電子束蒸發(fā)法，使其在材料A表面沉積鋰鹽，降溫后得到石墨烯/磷酸鐵鋰/鋰鹽復(fù)合材料B；之后在通過化學(xué)氣相法，將有機(jī)氮源化合物沉積在復(fù)合材料B表面，即得到高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰復(fù)合材料。