[发明专利]制备磷酸铁锂复合正极材料的方法、正极、电池

说明书

本发明公开了制备磷酸铁锂复合正极材料的方法、正极、电池。具体的，本发明提出了一种制备磷酸铁锂复合正极材料的方法，包括：对碳材料进行修饰，令所述碳材料带负电荷，以便形成第一碳源；将锂源、铁源以及所述第一碳源混合并搅拌，以便形成第一混合物；将磷源和所述第一混合物混合并球磨，以便形成第二混合物；对所述第二混合物进行喷雾干燥处理，以便得到前驱体；对所述前驱体进行烧结处理，以便得到所述磷酸铁锂复合正极材料。由此，利用该方法可以简便地制备磷酸铁锂复合正极材料，且该方法制备的磷酸铁锂复合正极材料作为电极时，电极结构稳定，且具有较高的导电性以及倍率容量，有利于制备高比能量密度的电池。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及制备磷酸铁锂复合正极材料的方法、正极、电池。

背景技术

目前，锂离子电池因其电压稳定、容量高、能量密度大、循环寿命长、环境友好等优势，被广泛应用于摄像机、移动电话、笔记本电脑、电动交通工具等设备上。锂离子电池的正极材料是决定其性能的关键因素，其中，橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料因高能量密度、高安全性能、长循环寿命以及原料丰富、廉价等优点，成为备受关注的锂离子电池正极材料之一。尽管磷酸铁锂材料有上述诸多优点，但其较低的导电性和较低的锂离子迁移率等仍限制了磷酸铁锂材料的大规模应用。

因而，目前的制备磷酸铁锂复合正极材料的方法、正极、电池仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

目前利用磷酸铁锂材料制作锂离子电池的正极时，为了提高正极的导电性以及锂离子迁移率等，通常对磷酸铁锂(LiFePO₄)进行包碳处理，经过包碳处理后，一方面，碳包覆层可以限制磷酸铁锂(LiFePO₄)晶体的生长，进而可以缩短锂离子在晶体中的扩散距离，提高锂离子的迁移率；另一方面，碳包覆层可以有效改善磷酸铁锂(LiFePO₄)材料表面的电子导电性，有利于电子在材料中的传输。但是，利用传统的无定型碳包覆磷酸铁锂之后，对电池的倍率性能的提高比较有限，还不能满足电动汽车等设备对高倍率性能的要求。石墨烯作为一种新兴的碳材料，具有优越的电子导电性和化学稳定性，将其对磷酸铁锂材料进行表面包覆，可以较好地改善电极的倍率性能。但是，发明人发现，单纯的采用片层状的石墨烯包覆磷酸铁锂，只能改善磷酸铁锂材料表面的电子导电性，对于磷酸铁锂晶体内部的电子导电性和离子扩散速率没有改善，因而对于磷酸铁锂材料电化学性能的提升也较为有限。因此，如果能提出一种新的对磷酸铁锂材料进行包碳处理的方法，不仅可以改善磷酸铁锂材料表面的电子导电性，还能提高磷酸铁锂材料内部的电子导电性和离子迁移率等，将能在很大程度上提高磷酸铁锂材料的倍率性能等，将能在很大程度上解决上述问题。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备磷酸铁锂复合正极材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对碳材料进行修饰，令所述碳材料带负电荷，以便形成第一碳源；将锂源、铁源以及所述第一碳源混合并搅拌，以便形成第一混合物；将磷源和所述第一混合物混合并球磨，以便形成第二混合物；对所述第二混合物进行喷雾干燥处理，以便形成前驱体；对所述前驱体进行烧结处理，以便形成所述磷酸铁锂复合正极材料。由此，利用该方法可以简便地制备磷酸铁锂复合正极材料，且该磷酸铁锂复合正极材料作为电极时，电极结构稳定，且具有较高的导电性以及倍率容量，有利于制备高比能量密度的电池。

根据本发明的实施例，所述碳材料包括膨胀石墨以及石墨烯的至少之一。该碳材料来源广泛，容易获取。

根据本发明的实施例，所述碳材料包括三维多孔石墨烯。由此，该方法制备磷酸铁锂复合正极材料的过程中，锂离子和铁离子可以插入该三维多孔石墨烯的孔中以及片层之间，进而可以调控磷酸铁锂晶体的生长，防止磷酸铁锂颗粒过度生长以及团聚等，进一步提高了磷酸铁锂复合正极材料内部以及表面的导电性以及电子迁移率。