[发明专利]一种复合正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料领域，本发明提供了一种复合正极材料及其制备方法和应用。本发明的复合正极材料是将石墨烯分散到分散剂中，然后加入磷酸亚铁锂，去除分散剂，即获得复合正极材料，并将其应用到动力电池体系中。本发明采用石墨烯与磷酸亚铁锂复合，石墨烯可以在电极中把孤立的磷酸亚铁锂纳米颗粒链接起来，构建高效导电网络，更好提升快速充电和放电性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，相对于传统的二次电池具有工作电压高、循环寿命长、无记忆效应等优点，并广泛应用在各种电子产品以及电动汽车领域。锂离子电池是由正极、负极、隔膜、电解液、电池壳组成，其中正极材料在电池的成本以及性能方面占据重要地位。目前常用的正极材料有LiNiO₂、LiCoO₂、LiFePO₄以及三元材料等，其中LiNiO₂、LiCoO₂和三元材料虽然能量密度高，但是普遍存在安全性比较差的问题。磷酸亚铁锂(LiFePO₄,LFP)在安全性方面明显要更好，而且具有比较高的能量密度和理论容量、储量丰富、环保、循环性能稳定等优点，因此逐渐的被使用在动力电池中。磷酸亚铁锂是一种橄榄石结构，具有很强的共价键，在循环过程中可以稳定晶体结构，因此具有比较好的安全性和比较长的循环寿命。但是，橄榄石结构也决定了磷酸亚铁锂具有比较低的电子电导率和锂离子迁移速率。因此通过改性的手段提升磷酸亚铁锂的电子电导率和锂离子迁移速率成为了研究热点。目前改性方法是在合成磷酸亚铁锂时表面会包覆一层碳，可以提升材料导电性又可以防止Fe²⁺被氧化。但是，由于碳包覆后的磷酸亚铁锂材料比较松散和不均匀，使导电性提升有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法和应用，具有更好的快速充电和放电性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种复合正极材料的制备方法，包含如下制备步骤：

将石墨烯分散到分散剂中，然后加入磷酸亚铁锂，去除分散剂，即获得复合正极材料。

优选的，所述石墨烯中铁含量小于100ppm，所述石墨烯的电导率为1300～1500S/cm。

优选的，所述石墨烯是用2200℃以上的温度煅烧氧化石墨烯所得。

优选的，所述分散剂为甲醇、乙醇或丙酮。

优选的，所述石墨烯的用量为磷酸亚铁锂和石墨烯总质量的1～5％。

优选的，所述磷酸亚铁锂为纳米级颗粒。

优选的，所述去除分散剂的方法是加热。

优选的，所述加热的温度为50～80℃。

本发明还提供了一种复合正极材料，所述复合正极材料由石墨烯和磷酸亚铁锂复合得到，所述石墨烯为二维薄膜结构，所述磷酸亚铁锂为纳米颗粒结构，所述石墨烯分布在磷酸亚铁锂中间。

本发明还提供了所述复合正极材料在动力电池体系中的应用。

本发明提供的复合正极材料及其制备方法和应用，采用石墨烯与磷酸亚铁锂复合，使石墨烯均匀分布在磷酸亚铁锂纳米颗粒中间，石墨烯可以在电极中把孤立的磷酸亚铁锂纳米颗粒链接起来，构建高效导电网络，提升电池的快速充电和放电性能。

附图说明

图1为石墨烯的SEM图；

图2为石墨烯的Raman光谱图；

图3为磷酸亚铁锂和复合正极材料的SEM图，图3a为磷酸亚铁锂的SEM图，图3b为复合正极材料的SEM图；