[发明专利]一种复合碳材料及采用其制备的改性电极材料和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种复合碳材料及采用其制备的改性电极材料和锂离子电池，本发明的复合碳材料包含第一碳材料、第二碳材料和碳源，其中，第一碳材料和第二碳材料为掺杂型碳材料。与常规的先采用碳源包覆再进行碳化使其转化为碳材料包覆层的方式相比，本发明引入了适量的第一碳材料和第二碳材料，一方面减少了普通碳源的使用量，另一方面可以协同提升采用其改性的电极材料的结构稳定性、导电性、振实密度、体积能量密度，以及倍率性能和循环性能等电化学性能。采用本发明的复合碳材料对磷酸铁锂进行包覆改性后，可大幅提高磷酸铁锂的倍率性能和循环稳定性，6C倍率下，磷酸铁锂的放电比容量≥149mAh/g，循环50周后的容量保持率≥97％。

技术领域

本发明涉及一种复合碳材料及其改性的磷酸铁锂、其制备方法和锂离子电池，属于锂离子电池正极材料制备技术和锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池具有放电比容量大、电压平台高、安全、寿命长、环境友好等突出优点，目前在小型便携式电池、新能源汽车用动力电池、储能等各个领域的应用越来越广泛。由于钴资源匮乏，价格昂贵，这使得资源丰富、环境友好、价格低廉的橄榄石型磷酸铁锂正极材料备受青睐。但是，磷酸铁锂正极材料的导电率都较低，为了获得大倍率充放电特性、较长的使用寿命，需要选择合适的碳包覆材料对其进行碳包覆，以提高其导电性，进而提高其倍率性能和循环稳定性。

在磷酸铁锂正极材料的制备过程中，采用碳包覆来提高材料的导电性是常用的方法之一，碳材料可以阻碍正极材料晶粒的聚集长大，并作为导电剂提高正极材料的电导率，常用的碳包覆材料有柠檬酸、蔗糖、葡萄糖、淀粉和有机酸等。上述常用的普通碳源包覆在一定程度上会降低材料的能量密度和振实密度，而石墨烯在室温下的载流子迁移率为15000cm²/(V.s)，这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm²/(V.s)，同时，石墨烯的电阻率约为10^-6Ω.cm，是世界上电阻率最小的材料，具有优异的导电性。

CN 106252635A公开了一种石墨烯包覆的磷酸铁锂及其制备方法，其方法包括：S1、采用去离子水与氧化石墨烯混合制得氧化石墨烯分散液，将氧化石墨烯分散液与氮源混合，得到混合物A；S2、采用去离子水与锂源、磷源和铁源混合制得锂源分散液、磷源分散液和铁源分散液，再将制得的锂源分散液、磷源分散液和铁源分散液依次加入混合物A中，搅拌得到混合物B；S3、将混合物B干燥，得到氮掺杂石墨烯包覆的磷酸铁锂前驱体；S4、将氮掺杂石墨烯包覆的磷酸铁锂前驱体预热，烧结，得到氮掺杂石墨烯包覆的磷酸铁锂正极材料。然而，单纯使用氮掺杂石墨烯进行表面包覆存在成本高、石墨烯不易分散，不易实现均匀包覆，从而导致包覆效果不理想，降低产品的体积比能量，最终影响磷酸铁锂的电化学性能的问题，这限制了其在电极材料包覆的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种复合碳材料及采用其制备的改性电极材料和锂离子电池。本发明提供了一种新型的复合碳材料，其不仅可以减少普通碳材料的使用量，还可以大幅提高磷酸铁锂的包覆均匀性、包覆稳定性、导电性、振实密度、体积能量密度、倍率性能和循环稳定性。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合碳材料，所述复合碳材料包含第一碳材料、第二碳材料和碳源；其中，第一碳材料和第二碳材料为掺杂型碳材料。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

优选地，所述复合碳材料由第一碳材料、第二碳材料和碳源构成。