[发明专利]锂电池正极材料及其制备方法和锂电池正极、锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及锂电池正极材料及其制备方法和锂电池正极、锂电池。

背景技术

近年来，由于环境污染和能源医乏，各国都在努力寻找新的绿色环保可持续发展的能源。锂电池是迄今为止通用性最强、适应性最广的二次电池，具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高等优点。

正极材料的容量直接决定了锂电池的容量，因此找到一种好的正极材料与一种好的合成方法直接影响了锂电池的发展趋势。锂电池正极材料一般都是锂的氧化物，目前市场化的正极材料主要有钴酸锂、尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂等，其中钴酸锂的主要优点是电导率高、生产工艺简单和容易制备等，但其制备成本较高，对环境污染较大却制约了它的发展。锰酸锂具有尖晶石结构，它的主要优点是价格便宜、安全性高、比较容易制备，缺点是理论容量不高、高温性能较差。磷酸铁锂材料是近年来研究的热门正极材料之一，它具有高稳定性、更安全、更环保并且价格低廉的优点，缺点是能量密度和室温电导率较低，而且金属氧化物正极材料的稳定性较差，在长时间充放电后，电池的容量会发生显著降低，越来越不能满足人们对同时高容量、高能量密度电子产品的需求。

目前，人们将循环性能优异的碳材料与正极活性材料复合，以提高正极材料的循环稳定性，但是目前报道的绝大多数碳复合材料仍然是碳材料和活性材料的简单混合，在多次充放电后，活性材料可能与碳材料上脱落，从而导致锂电池性能下降。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一是提供一种锂电池正极材料，它具有容量高、稳定性好的特点。

发明的目的之二是提供一种锂电池正极材料的制备方法。

发明的目的之三是提供一种锂电池正极。

发明的目的之四是提供一种锂电池。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属阳离子与配体反应生成金属络合物，再将金属络合物与有机凝胶因子在有机溶剂中混合均匀，陈化，得到复合凝胶；

(2)对复合凝胶依次进行透析处理、冷冻干燥，然后在惰性气体中煅烧，得到煅烧产物；

(3)将锂源、磷铁源、石墨烯悬浮液与煅烧产物在含水条件下进行水热反应，得到复合型锂电池正极材料；

其中，所述金属阳离子为Fe²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Mo²⁺中的至少一种。

一种锂电池正极材料，根据上述制备方法制备得到。

一种锂电池正极，包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质为上述的锂电池正极材料。

一种锂电池，包括正极、隔膜、电解液和负极，所述正极为上述锂电池正极。

通过上述技术方案，通过上述技术方案，本发明中凝胶因子与金属络合物在溶剂中能够发生水解、缩合等化学反应，并形成稳定的溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成了三维空间网络结构的凝胶，凝胶经干燥后，能够脱去网络间的溶剂分子，再经煅烧，除去有机物中的氢元素，形成了具有良好导电性的金属原子掺杂的三维碳骨架，通过金属原子掺杂，提高了碳骨架的表面活性和导电率；

通过对复合凝胶进行透析处理和冷冻干燥，降低溶剂的挥发温度，同时降低溶剂挥发过程中凝胶的体积变化，提高了三维空间网络结构的稳定性；

三维碳骨架能够有效改善电极材料在充放电过程产生的体积膨胀，孔穴还能够为电子和离子的迁移提供通道，而且其较大的比表面积能够为磷酸铁锂提供附着点，提高了磷酸铁锂的负载量，减少活性物质由于穿梭效应造成的损耗，改善电池的库伦效率和循环稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1中所制备的复合型锂电池正极材料的扫描电镜图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。