[发明专利]一种磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法，所述磷酸铁锂材料中包覆或掺杂有掺杂型石墨烯，其中，所述掺杂型石墨烯的包覆量或掺杂量为6~10wt%。采用本发明的技术方案，磷酸铁锂正极材料与掺杂型石墨烯复合后不仅极大地提高了磷酸铁锂的电子电导率，而且同时提高材料的锂离子扩散速率，从而提高了磷酸铁锂大倍率充放电性能，改善了材料的低温充放电性能；且制备工艺简单，适合工业大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源技术的推广，锂离子动力电池在新能源汽车上的应用与发展正如火如荼地进行。电池材料是决定锂离子电池性能的关键因素，正极材料的性能更是起到决定性作用。磷酸铁锂因具有高达170mAh/g的理论容量、良好的循环性能和安全性能，引起动力锂离子电池领域技术人员的关注。但由于磷酸铁锂具有较低的锂离子扩散速率（10^-14∼10^-10cm²/s）和低的电子电导率（<10^-9s/cm），使得磷酸铁锂实际容量远低于理论值，而且磷酸铁锂在大倍率充放电时容量衰减更是迅速，不能满足动力电池的使用需求。

目前，研究者们多采用碳包覆、导电聚合物包覆、离子掺杂等手段改善磷酸铁锂的导电性能，包覆改善方法提高了材料的电子电导率，但对于锂离子的迁移和扩散无任何改善，甚至还会阻碍锂离子的迁移扩散；通过离子掺杂可同时改善电子电导率和离子扩散率，但效果甚微；随着动力电池对高能量密度、高功率密度的要求，使得进一步提高磷酸铁锂的导电性和容量发挥水平日益凸显重要。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法，既提高了材料的电子电导率，又提高了材料锂离子扩散率，改善了材料的大倍率充放电能力，降低了电池正极材料循环容量的衰减、提高了高倍率下的循环寿命，满足高能量、大功率动力锂离子电池发展需求。

对此，本发明的技术方案为：

一种磷酸铁锂复合正极材料，所述磷酸铁锂材料中包覆或掺杂有掺杂型石墨烯，其中，所述掺杂型石墨烯的包覆量或掺杂量为6∼10wt%（重量百分比）。

作为本发明的进一步改进，所述掺杂型石墨烯为p型石墨烯掺杂体或n型石墨烯掺杂体。

作为本发明的进一步改进，所述掺杂型石墨烯中的掺杂元素为N、B或P。

作为本发明的进一步改进，所述掺杂型石墨烯中的掺杂元素的重量含量为8∼10%。

作为本发明的进一步改进，所述磷酸铁锂复合正极材料采用以下步骤制备得到：

步骤S1：制备磷酸铁锂前驱体；

步骤S2：将掺杂体原料与氧化石墨烯粉末混合研磨，在惰性气氛下于600∼800℃加热6∼8h，冷却得到掺杂型石墨烯；

步骤S3：将所述掺杂型石墨烯与磷酸铁锂前驱体粉末球磨混合，所述掺杂型石墨烯与磷酸铁锂前驱体的质量比为1:9∼1:15，然后在惰性气氛下于700∼900℃加热10∼15h，冷却后得到石墨烯掺杂体包覆量为6∼10wt%的磷酸铁锂复合材料。

采用此技术方案，通过石墨烯掺杂体改性的磷酸铁锂复合材料，既提高了正极材料的电子电导率，又提高了正极材料中的锂离子扩散率，改善了正极材料的大倍率充放电能力，降低电池正极材料循环容量的衰减、提高了高倍率下的循环寿命。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述掺杂体原料为p型或n型掺杂体原料。

作为本发明的进一步改进，所述掺杂元素为N、B或P。

作为本发明的进一步改进，所述掺杂型石墨烯与磷酸铁锂前驱体的质量比为1:12∼1:14。