[发明专利]磷酸铁锂复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，该制备方法由原料氧化石墨烯、三聚氰胺、双氧水、以及间苯二酚、甲醛制备具有多孔结构的碳凝胶‑石墨烯前驱体，由碳凝胶包覆磷酸铁锂正极材料，再结合使用气体掺杂剂进行气体掺杂，得到高容量的磷酸铁锂复合材料。本发明制备的磷酸铁锂复合材料，利用碳凝胶的多孔结构使气体掺杂添加剂被吸附到磷酸铁锂的孔洞结构中，提高磷酸铁锂复合材料的比容量；同时利用碳凝胶包覆磷酸铁锂正极材料，解决了振实密度较低、材料离子扩散慢的问题，从而提高了磷酸铁锂复合材料的倍率性能和振实密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，以及由该制备方法获得的磷酸铁锂复合材料。

背景技术

在能源日益枯竭、环境污染日益严重的当下，人们对绿色高效能源的需求日益迫切，锂离子电池因重量轻、储能大、功率大、无二次污染、寿命长等突出的优点成为具有强大优势的新能源，为现今研究的重点。目前电动汽车领域所用锂离子电池主要有磷酸铁锂电池和三元电池，磷酸铁锂电池以其结构稳定、资源丰富、安全性能高、循环寿命长、低温性能好的特性成为最有前途的锂离子电池材料之一，但因磷酸铁锂材料受限于低的电子导电率而使其克容量低、能量密度低，限制了其应用范围。

随着市场对电动汽车续航里程要求的提高，对所配锂离子电池模块或锂离子电池则要求具有更高的能量密度，因此，磷酸铁锂材料的能量密度亟待提高。提高能量密度的方法可以从提高材料的克容量和材料压实密度两方面入手，目前提高材料克容量的方法主要通过掺杂技术、包覆技术等提高材料的首次效率及克容量发挥。而掺杂技术往往通过掺杂金属元素，如钛化合物、锰化合物等来提高克容量，中国专利CN103618083A公开了一种高容量高压实磷酸铁锂正极材料的生产方法，其主要通过掺杂钛、镁、锰晶体融入磷酸铁锂晶体结构中，包覆烧结提高材料的克容量及其压实密度，但由于金属元素的掺杂是通过砂磨机固相研磨实现，存在掺杂不均匀、一致性差等问题，限制了掺杂技术提高磷酸铁锂材料能量密度的效果。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，该方法利用气体掺杂与碳凝胶包覆相结合的手段，显著提高了磷酸铁锂复合材料的克容量及克容量的发挥，提高导电率，适用于离子锂电池。

为实现上述目的，一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

a、获取前驱体：由原料氧化石墨烯、三聚氰胺、双氧水、以及间苯二酚、甲醛制备具有多孔结构的碳凝胶-石墨烯前驱体；

b、制备磷酸铁锂复合材料：

取1000ml质量浓度5～20％的磷酸铁锂溶液，加入到蒸馏瓶内，升温至80～100℃，然后在搅拌条件下，向磷酸铁锂溶液中加入(10～30)g碳凝胶-石墨烯前驱体，同时向磷酸铁锂溶液中通入含有氯离子的气体添加剂，保温1～2h，然后以1～10℃/min的速率升温至150～250℃反应4～8h，反应结束后过滤、洗涤、干燥得到磷酸铁锂前驱体；之后将磷酸铁锂前驱体转移到管式炉中，在惰性气体保护下升温至(700～900)℃进行碳化，碳化结束待温度降至室温后，粉碎、分级得到高容量的磷酸铁锂复合材料。

本发明的磷酸铁锂复合材料的制备，以具有多孔结构的碳凝胶-石墨烯为前驱体，由碳凝胶包覆磷酸铁锂正极材料，利用碳凝胶比表面积大、导电率高的特性，解决了磷酸铁锂材料振实密度低，离子扩散慢的问题，显著提高了材料的倍率性能、振实密度和电导率；再结合选用气体添加剂作为掺杂剂进行气体掺杂，利用碳凝胶结构对气体的吸附性强以及气体分布均匀、渗透性强的优势，使掺杂剂中的氯离子能够更容易、更均匀地进入材料结构内部，提高磷酸铁锂复合材料的比容量及其一致性，从而显著提高克容量的发挥。

作为对上述技术方案的限定，步骤a所述前驱体的制备包括以下步骤：