[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810215748.1
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108400310B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 鄧凌峰;彭輝艷
• 申請（專利權）人: 湖南烯能新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙明新專利代理事務所(普通合伙) 43222
• 代理人: 徐新

本發明公開了一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，本發明提供了具有三維連續立體導電網絡結構磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，即以三維連續立體導電網絡結構的磷酸鐵鋰正極材料，取代目前僅依靠導電劑來提高導電性的局限，從而提高了磷酸鐵鋰正極材料的電子導電性和離子導電率，以期達到提高磷酸鐵鋰正極材料的放電比容量和高倍率充放電性能與循環性能，減少其不可逆容量，此方法制得的磷酸鐵鋰正極材料具有高的比容量、優良的循環性能、倍率性能和安全性能等特性，特別適合用作于鋰離子動力電池的正極材料。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，尤其涉及一種具有三維連續立體導電網絡結構磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池正極材料LiFePO4具有安全性能好、價格低廉、較高的比容量且充放電電壓平臺穩定、循環壽命長等優點。但由于LiFePO4自身較差的電子導電率和離子導電性使其高倍率性能差，而導致較低的實際比容量（實際比容量1C時為100 mAh/g左右，而理論比容量為170 mAh/g）和較低的工作電壓（實際放電電壓1C時為3.0V以下，而理論放電電壓為3.4V），并且在大電流充放電過程中容量會迅速下降，從而限制了它的廣泛使用。目前的廣泛研究是對其進行表面包覆和體相摻雜等方法來改善它的電導率和離子擴散速率。

國內針對石墨烯在鋰離子電池方面的專利不計其數，在磷酸鐵鋰方面的專利也很多，用石墨烯包覆改性磷酸鐵鋰導電性遠優于有機碳；以及在石墨烯的基礎上對石墨烯進行改性處理，專利（CN102569725A、CN107068990A、CN107180965A等）對石墨烯的進行氟化、多孔、氮摻雜等方法包覆改善磷酸鐵鋰，提高石墨烯包覆的均勻性，提高與電解液的相容性和結構穩定性；以及專利CN105226276A、CN106129405A、CN104134801A將納米金屬顆粒、金屬氧化物、氮化物等協同石墨烯共同包覆摻雜改性磷酸鐵鋰，納米粒子的介入，進一步加強磷酸鐵鋰的導電性和石墨烯分散性。以上這些方法大致都是以鐵源、磷源、鋰源為基礎用水熱法、球磨法、溶融法制備磷酸鐵鋰并在其表面包覆石墨烯復合材料形成三維導電網絡結構，增強其導電性，在一定程度上改善磷酸鐵鋰的比容量、倍率性能、循環穩定性等電化學性能。

目前所有的發明中都沒有涉及到從鐵源中三價鐵離子的轉化率考慮，故本發明從這個角度出發，首先采用誘導錨定法獲得活性催化納米粒子石墨烯，再用新型高溫固相催化合成法，在高溫氣氛爐中催化反應合成三維連續立體導電網絡結構的石墨烯/LiFePO4正極材料，材料結晶性較好，加工性能與批次穩定優良。

名詞解釋：

功能化處理的石墨烯：指根據需要在石墨烯的表面上引入相應的功能團或小分子，有助于石墨烯作為增強體優良性能的發揮，其原理就是采用共價和非共價的方法對石墨烯表面的缺陷或基團進行修飾，賦予石墨烯某些新的性質，提高石墨烯溶解性、分散性以及使其更易加工和成型的重要方法。

發明內容

本發明正是為了克服鋰離子電池正極材料LiFePO₄的放電比容量、高倍率性能、循環性能和不可逆容量較高及加工性能較差等缺陷，提供了具有三維連續立體導電網絡結構磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，即以三維連續立體導電網絡結構的磷酸鐵鋰正極材料取代目前僅依靠導電劑來提高導電性的局限，從而提高了磷酸鐵鋰正極材料的電子導電性和離子導電率，以期達到提高磷酸鐵鋰正極材料的放電比容量和高倍率充放電性能與循環性能，減少其不可逆容量，此方法制得的磷酸鐵鋰正極材料具有高的比容量、優良的循環性能、倍率性能和安全性能等特性，特別適合用作于鋰離子動力電池的正極材料。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下所示：

一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、溶解功能化處理的石墨烯到分散介質中，形成懸浮液A；