[发明专利]磷酸铁锂复合正极材料及制备方法、锂离子电池、电容器

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂复合正极材料及制备方法，该正极材料为表面包覆富氮炭的纳米磷酸铁锂粒子且均匀生长在三维富氮石墨烯的网络结构中。本发明提供的磷酸铁锂复合正极材料，具有多级导电网络结构，有利于电子的快速传输和电解液的扩散，兼有电池高比容量和电容器高比功率的特点，可做动力锂离子电池、锂离子电容器和电容型锂离子电池的电极材料，具有优异的循环及倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种具有多级导电网络结构的磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

橄榄石型的磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，由于其具备较高的比容量，较好的循环稳定性和安全性，制备成本相对较低，且对环境无污染等特点，已经被应用于锂离子电池和电容器等储能器件的工业化生产，是一种良好的储能正极材料。然而随着人们生活质量的提高，各种大功率用电器设备的出现，现有的磷酸铁锂正极材料由于其本体导电性差和锂离子的传导速率慢导致的倍率性能低的缺点，越来越不能满足人们对便携式电池器件的需求。

作为一种储能器件的超级电容器，由于其能快速充放电而具有的超高功率密度和循环寿命(可达数万次以上)等优点，常被应用于电动汽车的瞬时放电。超级电容器常用的电极材料制备简单、比表面积大、导电性能好，而且孔径可调控以及成本低廉的碳材料。超级电容器大多是通过表面的双电层离子吸附来储存能量，其容量密度与材料的比表面积及孔径分布直接相关，导致其容量密度不能极大提升，与电池的容量密度相差甚远。

因此需提供一种具有电池的高能量密度且具备超级电容器的大功率、长循环寿命的电极材料来满足对便携式储能器件及长续航电动汽车动力电池的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多级导电网络结构的磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种磷酸铁锂复合正极材料，所述正极材料为表面包覆富氮炭的纳米磷酸铁锂粒子且均匀生长在三维富氮石墨烯的网络结构中。

优选的，所述磷酸铁锂粒径为30～200nm。

优选的，所述富氮炭厚度为2-5nm

优选的，所述正极材料中氮的质量份数为1～8％。

优选的，所述富氮炭、石墨烯与磷酸铁锂的质量比为(1-5)：(10-30)：(89-165)。

一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)制备磷酸铁锂悬浊液；

(2)用上述磷酸铁锂悬浊液制备磷酸铁锂混合凝胶；

(3)用上述磷酸铁锂凝胶制备磷酸铁锂气凝胶；

(4)制备所述复合正极材料。

优选的，所述步骤(1)包括如下步骤：

A、于0.1～1mol/L的氢氧化锂溶液中加入明胶，40～100℃水浴中搅拌溶解后加入氧化石墨烯超声分散得混合液体；

B、于所述混合液体中加入磷酸和硫酸亚铁制备所述磷酸铁锂悬浊液。

优选的，所述明胶、氧化石墨烯和氢氧化锂的量的比为(4-15)：(20-50)：(76-135)。

优选的，所述水浴温度为50～80℃。

优选的，所述步骤(2)包括如下步骤：在上述磷酸铁锂悬浊液中加入乙二醇，加热搅拌至溶胶态后，在惰性气氛下的120～230℃水热釜中水热反应4～15小时，得所述磷酸铁锂凝胶。

优选的，所述步骤2中乙二醇与磷酸铁锂悬浊液体积比为(0.1～2)：1。