[發明專利]一種復合正極材料及其制備方法和電化學儲能裝置

在審

• 申請號: 202210124251.5
• 申請日: 2022-02-10
• 公開（公告）號: CN114447306A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 鄭天翔
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/60;H01M4/62
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 邊人洲

本發明提供一種復合正極材料及其制備方法和電化學儲能裝置。所述復合正極材料包括鐵酸鋰以及包覆在鐵酸鋰表面的導電有機化合物層；所述導電有機化合物層中的導電有機化合物為稠環芳烴。本發明利用稠環芳烴在鐵酸鋰表面發生碳化形成無定形碳，能夠減少水分與鐵酸鋰材料的直接接觸，同時部分芳環化合物由于溫度過高而碳化成無定形碳，而部分未碳化的稠環芳烴保留芳環結構，穩定保留在鐵酸鋰粉料的表面。而稠環芳烴同樣具有電子導電性，同時能夠隔開水分與鐵酸鋰材料，進而有效的提高鐵酸鋰的實際應用性能。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，具體涉及一種復合正極材料及其制備方法和電化學儲能裝置。

背景技術

為了解決鐵酸鋰鐵酸鋰粉料容易與水發生副反應，從而導致鐵酸鋰材料的充電容量嚴重損失。研究人員為了解決鐵酸鋰材料在空氣中暴露會吸收水分的問題，因此利用在鐵酸鋰表面包覆一層無定形碳層，來隔絕鐵酸鋰與環境中水分直接接觸，進而減少水分對鐵酸鋰粉料產生破壞，同時，在鐵酸鋰材料表面包覆一層無定形碳層能夠提高鐵酸鋰粉料的導電性能，有利于充放電過程中鐵酸鋰中鋰離子的脫出。

現有技術公開了直接將鐵酸鋰與石墨直接混合研磨，將石墨包覆于鐵酸鋰表面，但是這種方法包覆程度的均勻性不好；還有利用甲烷和乙烷等烷烴類氣體在鐵酸鋰粉料表面進行化學氣相沉積，在其表面形成一層均勻的碳層，但純烷烴類氣體的成本較高，不利于大規模地包覆應用；現有技術還公開了采用水熱法，將鋰源、碳源以及糖類等有機碳源混合均勻后進行煅燒，利用有機物在鐵酸鋰表面發生碳化來進行碳包覆，但該方法容易導致表面碳將鐵酸鋰中三價鐵還原，而對鐵酸鋰造成容量損失。

因此，在本領域中，期望開發一種正極材料，不僅能夠提高鐵酸鋰材料在空氣中的穩定性，同時制備方法簡單，成本低廉，并且制備得到的鋰離子電池具有良好的電化學性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種復合正極材料及其制備方法和電化學儲能裝置。本發明利用稠環芳烴在鐵酸鋰表面發生碳化，在生成無定形碳的同時，保留了稠環芳烴的導電高分子結構，起到對鐵酸鋰材料的雙重保護的作用。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種復合正極材料，所述復合正極材料包括鐵酸鋰以及包覆在鐵酸鋰表面的導電有機化合物層；

所述導電有機化合物層中的導電有機化合物物為稠環芳烴。

本發明利用稠環芳烴在鐵酸鋰表面發生高溫碳化過程中除了生成無定形碳分子外，未碳化部分保留碳碳雙鍵以及生成碳碳三鍵的具有導電性的有機大分子結構，吸附在鐵酸鋰顆粒表面，這樣的無定形碳與導電有機大分子共同形成的結構有利于提高鐵酸鋰顆粒的導電性，并有利于防止水分子對于鐵酸鋰材料的破壞，能夠減少水分與鐵酸鋰材料的直接接觸。而稠環芳烴同樣具有電子導電性，同時能夠隔開水分與鐵酸鋰材料，進而有效的提高鐵酸鋰的實際應用性能。

優選地，所述稠環芳烴包括萘、蒽、菲或茚并(1,2,3-cd)芘中的任意一種或至少兩種的組合，例如可以為萘和蒽、菲或茚并(1,2,3-cd)芘，但不限于所列舉的種類，稠環芳烴范圍內未列舉的種類同樣適用。

優選地，所述復合正極材料中導電有機化合物層的質量百分含量為1～5％，例如可以為1％，2％，3％，4％，5％。

在本發明中，利用調整所述復合正極材料中導電有機化合物層的質量百分含量，使得鐵酸鋰表面被包覆完全并且具有良好的電化學性能，所述復合正極材料中導電有機化合物層的質量百分含量過低則會包覆不完全，反之則會導致包覆層過厚，阻礙鋰離子的傳輸。

第二方面，本發明提供了一種制備第一方面所述的復合正極材料的方法，所述方法包括以下步驟：

將鋰源和鐵源進行混合，煅燒后得到鐵酸鋰粉料，而后將鐵酸鋰粉料和稠環芳烴進行二次混合，二次煅燒后得到所述復合正極材料。