[发明专利]一种高压实密度磷酸铁锂复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种高压实密度磷酸铁锂复合材料及其制备方法，其复合材料呈现核壳结构，内核为磷酸铁锂及其掺杂在之间的石墨烯，外壳为无机锂盐和碳氮复合体。其制备方法为：首先配置磷酸铁锂前驱体，之后添加氧化石墨烯溶液并通过水热反应、低温干燥、热还原制备出石墨烯/磷酸铁锂前驱体，之后通过电子束蒸发法和化学气相法在其表面锂盐及其有机碳氮源。其制备出的材料利用石墨烯自身润滑性能提高材料的压实密度，并利用外壳锂盐离子导电性的特性及其碳氮源电子导电性的提高其材料大倍率条件下的离子和电子传输速率，提高其材料的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种高压实密度磷酸铁锂复合材料及其制备方法。

背景技术

随着市场对电动汽车续航里程和安全性能要求的提高，要求电动汽车所配锂离子电池模块或锂离子电池具有更高的能量密度及其高的安全性能，而目前电动汽车所用锂离子电池主要有磷酸铁锂电池和三元电池，而磷酸铁锂电池以其安全性能高、循环寿命长、低温性能好等优点而在电动汽车的一些领域得到使用，但是其克容量低及其能量密度低限制其应用范围。因此，为拓宽和提高其磷酸铁锂电池的应用领域，需要提高其能量密度，而提高电池能量密度的方法可以通过提高材料的克容量或压实密度等方法提高。而提高磷酸铁锂压实密度则是一种提高材料能量密度的有效方法之一，目前提高材料的压实密度主要有：掺杂、包覆及其材料的微米化等措施，而包覆技术则是一种快捷、简单及其成本低的方法，目前对磷酸铁锂的包覆主要是通过在液相法和固相法在磷酸铁锂表面包覆有机化合物碳化后形成的碳，其具有过程简单、价格低廉及其一致性高等优点，但是其包覆层厚度较厚，达到亚微米级别，造成其磷酸铁锂的克容量发挥较低及其压实密度偏低，造成其材料的能量密度偏低影响其应用，比如专利（CN101630730A）提供了一种纳米磷酸铁锂的制备方法，其主要固相法对其磷酸铁锂包覆纯的碳源，虽然在材料的克容量及其倍率性能方面得到改善，但是其材料的压实密度偏低，同时其充放电过程中锂离子的传输数量有限，造成其材料的大倍率性能偏差。因此为开发出一种高压实密度磷酸铁锂材料的同时，材料的倍率性能影响不大显得非常必要。

发明内容

针对目前磷酸铁锂压实密度偏低，倍率性能差等发明存在的不足，本发明提供了一种高压实密度磷酸铁锂复合材料，该复合材料压实密度大，倍率性能高。

本发明还提供了上述复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的采用以下技术方案：

一种高压实密度磷酸铁锂复合材料，所述复合材料呈现核壳结构，内核为磷酸铁锂和石墨烯，外壳由里向外包括第一外壳和第二外壳，其中所述第一外壳为无机锂盐；所述第二外壳为碳氮物质。

进一步地，所述的磷酸铁锂和石墨烯的质量比为98-99.5：0.5-2；所述的外壳厚度为50nm～200nm，其中第一外壳和第二外壳的厚度比为100：1～5。

优选地，所述的无机锂盐为钛酸锂、硅酸镁锂、锰酸锂和钒酸锂中的一种；

上述复合材料的制备方法，采用以下步骤：

（1）石墨烯/磷酸铁锂材料A的制备：

同时将锂源、铁源和磷源溶于溶剂中，搅拌配置成磷酸铁锂前驱体溶液，然后添加氧化石墨烯溶液，过滤、真空干燥、高温烧结得到石墨烯/磷酸铁锂材料A；

（2）材料B的制备：

将无机锂盐放置于气相蒸发炉中，采用电子束蒸发法，使其在材料A表面沉积锂盐，降温后得到石墨烯/磷酸铁锂/锂盐复合材料B；之后在通过化学气相法，将有机氮源化合物沉积在复合材料B表面，即得到高压实密度磷酸铁锂复合材料。