[發明專利]一種提高磷酸鐵鋰正極材料電化學性能的改性方法

在審

• 申請號: 201810504619.4
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108899479A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 武建飛;李希超;臧朝
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/1397;H01M10/0525;B82Y30/00
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本發明提供一種提高磷酸鐵鋰材料電化學性能的改性方法，其特征在于，所述磷酸鐵鋰材料的正極材料活性物質具有不易團聚導電網絡，所述不易團聚導電網絡由二維導電劑M_n+1X_n（M=Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo，X=C，N）與一維導電劑和/或零維導電劑復合而成。使用本發明制備的具有不易團聚導電網絡，與傳統導電網絡相比，更好分散，不易團聚，不會阻礙鋰離子擴散。且此具有不易團聚導電網絡的磷酸鐵鋰材料正極片，相比傳統極片相比具有更高的電子電導率和鋰離子擴散速率。步驟簡單、操作方便、實用性強。

技術領域

本發明屬于鋰電池材料領域，具體涉及一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的改性方法及工藝。

背景技術

鋰離子動力電池具有工作電壓高、能量密度大、重量輕、體積小、自放電率小、循環壽命長、無記憶效應、安全性能好、防鼓脹性能優異、對環境友好等特點，已廣泛應用在電子產品、新能源汽車、航空航天等領域。其中正極材料是鋰離子電池的關鍵材料，其性能與價格直接決定了鋰離子電池的性能與成本。目前，國內鋰離子電池正極材料主要集中在錳酸鋰材料、鎳鈷錳三元材料以及磷酸鐵鋰材料。其中，磷酸鐵鋰(LiFePO₄) 由于具有循環穩定性好、安全性高、原料來源豐富、不含有毒金屬等優勢，是目前最具有發展前景的商用正極材料之一。但是由于磷酸鐵鋰具有橄欖石結構，電子電導率低，并且鋰離子在材料內部擴散系數也較低，從而導致磷酸鐵鋰在充放電過程中電極動力學較差，極化效應大，大倍率充放電性能差，嚴重阻礙其在動力電池中的應用。因此改善磷酸鐵鋰倍率性能具有較大實際意義。

改善磷酸鐵鋰材料倍率性能的相關文獻及專利主要有：元素摻雜、表面包覆、以及選用導電性優異的導電劑等。事實上，鋰離子電池自誕生之初，便對導電劑材料產生了依賴。從最早的零維導電劑，如：乙炔黑、Super P、顆粒石墨，到最新的一維導電劑，如：氣相生長碳纖維、碳納米管和具有二維的片層狀結構石墨烯二維材料，都被加入鋰電池中以增強正極材料的導電性能，提高電池的性能。如專利號為CN 102244264 B的專利公開了一種石墨烯為主的磷酸鐵鋰電池用導電劑，該導電劑可降低交流內阻20%，提高循環壽命15%。但是這些一維、二維材料比表面積大，較柔軟，容易發生團聚，從而阻礙鋰離子擴散，影響電池性能。

二維MXene材料，包含并不限于Ti₂C、Ti₃C₂等具有M_n+1X_n（M=Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo，X=C，N）通式的未剝離層狀二維碳/氮化物或者已剝離的納米片，此類材料具有高電導率和鋰離子傳輸速率；而且MXene材料具有較好的機械強度，可以使磷酸鐵鋰顆粒鑲嵌在表面，因此與石墨烯相比，不易卷曲團聚，更好分散，不會因為容易團聚而導致阻礙鋰離子擴散；同時MXene材料片層間的空隙可以吸收、儲存電解液，有利于鋰離子擴散，是一種較為理想的導電劑材料。

發明內容

為了克服上述不足，本發明通過在磷酸鐵鋰正極材料中構建一種不易團聚的導電網絡，從而防止導電劑團聚導致的鋰離子擴散受阻，提高磷酸鐵鋰正極材料的導電性能，進而提高其倍率性能等電化學性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種提高磷酸鐵鋰材料電化學性能的改性方法，所述磷酸鐵鋰正極材料活性物質具有不易團聚導電網絡，所述導電網絡由二維MXene材料，包含并不限于Ti₂C、Ti₃C₂等具有M_n+1X_n（M=Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo，X=C，N）通式的未剝離層狀二維碳/氮化物或者已剝離的薄片組成，或者其與零維、一維導電網絡復合而成；