[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池正极材料，包括多孔的三维网络碳骨架，以及负载在所述多孔的三维网络碳骨架上的磷酸铁锂。这不仅阻止了磷酸铁锂材料之间的团聚、显著提高其分散性和稳定性，而且，多孔的三维网络碳骨架进一步提高磷酸铁锂中离子和电子的导电性，从而提高了所述锂离子电池正极材料的电化学性能。本发明还提供了该锂离子电池正极材料的制备方法，该锂离子电池正极材料可由铁的有机骨架化合物与锂源、磷源、络合剂等的混合物料在一定温度下反应得到的固体烧结而成。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，在各个领域日益显示出重要作用。作为锂离子电池的重要组成部分，锂离子电池的正极材料决定着锂电池的性能、价格及发展。目前，研究最多的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄(磷酸铁锂，LFP)。其中，磷酸铁锂正极材料集中了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等材料的各自优点，它具有结构稳定性高、安全性能好、理论容量高等优点，逐渐成为电池工作者竞相研究的热点。

然而磷酸铁锂正极材料的离子和电子导电性差等，导致由它制成的电池的电化学性能(如电化学循环性能和倍率性能)差，阻碍了该类正极材料的实际应用。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种性能优异的锂离子电池正极材料，用于解决现有技术中磷酸铁锂正极材料存在的电化学性能不佳的问题。

具体地，第一方面本发明提供了一种锂离子电池正极材料，所述锂离子电池正极材料包括多孔的三维网络碳骨架，以及负载在所述多孔的三维网络碳骨架上的磷酸铁锂。

本发明第一方面提供的锂离子电池正极材料中，磷酸铁锂负载在多孔的三维网络碳骨架上，这不仅阻止了磷酸铁锂之间的团聚、显著提高其分散性和稳定性，而且，导电性良好的所述多孔三维网络碳骨架还极大地增强了磷酸铁锂的离子和电子传导率，得到电化学性能显著提高的锂离子电池正极材料。

可选地，所述锂离子电池正极材料的孔隙率为20-80％。所述锂离子电池正极材料中的孔隙结构可以为电解液的注入提供大量的通道，进而增加了电解液与磷酸铁锂材料之间的直接接触面积，缩短了Li⁺在电解液内部的扩散距离。

可选地，所述锂离子电池正极材料的形貌为块状、柱状、片层状，但不限于此。例如为阶梯的块状。

可选地，所述锂离子电池正极材料的D50在0.5-5μm。优选为1-5μm。

其中，所述磷酸铁锂嵌入所述多孔的三维网络碳骨架的内部，所述磷酸铁锂之间由所述多孔的三维网络碳骨架连接。本发明中，所述三维网络碳骨架具有大量互联的孔隙结构，其所起的连接作用能提高磷酸铁锂之间的导电性。

可选地，所述多孔的三维网络碳骨架与所述磷酸铁锂的质量比为(0.5-5)：100，进一步地为(1-4)：100。

其中，所述磷酸铁锂的粒径为200nm-5μm。进一步优选为500nm-2μm。较大粒径且较分散的磷酸铁锂材料能进一步提高所述锂离子电池正极材料的压实密度。

可选地，所述锂离子电池正极材料还包括导电碳包覆层。所述导电碳包覆层分布在所述多孔的三维网络碳骨架的表面及所述磷酸铁锂表面。其中，所述导电碳包覆层的导电碳材料包括石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、碳黑和无定形碳中的至少一种，但不限于此。所述导电碳包覆层可以进一步提高磷酸铁锂材料的导电性。