[发明专利]复合正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请涉及正极材料领域，提供一种复合正极材料及其制备方法、锂离子电池，复合正极材料包括内核及位于所述内核表面的石墨烯包覆层；内核具有夹层结构，所述内核包括至少两层石墨骨架层及夹设于所述至少两层石墨骨架层之间的磷酸铁锂，所述磷酸铁锂表面包覆石墨烯。本申请的复合正极材料及其制备方法、锂离子电池，能够在低温环境下有效提高锂电池的倍率性能及循环稳定性。

技术领域

本申请涉及正极材料技术领域，具体地讲，涉及复合正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

磷酸铁锂材料因具备热稳定性好、循环寿命长、环境友好，原料来源丰富等优势，是目前最具应用潜力的动力锂离子电池正极材料。然而，由于电子导电率低和离子扩散速率慢等固有缺陷，导致倍率性能差，限制了其在动力电池中的实际应用。迄今为止，诸多工作围绕以上问题进展开了研究，并且取得了不同程度的研究进展，但仍与实际需求有一定的差距。近期，随着石墨烯材料的兴起，将其与磷酸铁锂复合，构建磷酸铁锂/石墨烯三维结构复合材料被证实能够有效改善电极材料的电化学性能。开发行之有效的制备方法以实现石墨烯与磷酸铁锂之间的有机结合，揭示不同储能机制组分间的协同效应机理，是磷酸铁锂/石墨烯复合材料研究的关键，也是本领域的研究热点和难点。

发明内容

鉴于此，本申请提出复合正极材料及其制备方法、锂离子电池，能够提高石墨烯与磷酸铁锂之间的各向同性，提高材料的电子导电率，提高材料的倍率性能和循环稳定性。

第一方面，本申请实施例提供一种复合正极材料，所述复合正极材料包括内核及位于所述内核表面的石墨烯包覆层；其中，所述内核具有夹层结构，所述内核包括至少两层石墨骨架层及夹设于所述至少两层石墨骨架层之间的磷酸铁锂，所述磷酸铁锂表面包覆石墨烯。

本申请提供的复合正极材料，内核包括石墨骨架层以及夹设于石墨骨架层之间的磷酸铁锂，有利于统一内核的取向，有利于锂离子的迁移；在磷酸铁锂表面包覆石墨烯，可以提高磷酸铁锂与石墨骨架层之间的电子导电率，有利于锂离子从不同方向上迁移至磷酸铁锂。可以理解地，由于内核具有夹层结构，内核各个方向上导电性不一致，通过包覆在内核表面的石墨烯包覆层来进一步提高内核的各向同性，使得材料的电子导电率大大提高，同时电解液中的锂离子能够从内核表面的各个方向传导进入内核内部的磷酸铁锂上，从而提高材料的倍率特性和循环稳定性。

在一种可行的实施方式中，所述石墨骨架层由膨胀石墨膨胀后形成。

在一种可行的实施方式中，所述膨胀石墨包括鳞片膨胀石墨或微晶膨胀石墨中的至少一种。

在一种可行的实施方式中，所述至少两层石墨骨架层呈手风琴状结构或蠕虫状结构。

在一种可行的实施方式中，相邻两层石墨骨架层的层间距为1μm～20μm。

在一种可行的实施方式中，所述石墨骨架层的粒径为0.1μm～10μm。

在一种可行的实施方式中，所述磷酸铁锂的平均粒径为20nm～200nm。

在一种可行的实施方式中，所述磷酸铁锂表面的石墨烯的厚度为H1，H1≤3nm。

在一种可行的实施方式中，所述石墨烯包覆层的厚度为H2，H2≤3nm。

在一种可行的实施方式中，所述复合正极材料的平均粒径为5μm～15μm。

在一种可行的实施方式中，所述复合正极材料中的碳的质量百分比含量为3％～5％。

在一种可行的实施方式中，在温度-30℃～30℃下，所述复合正极材料在25MPa加压下的粉体电导率大于700S/cm。

在一种可行的实施方式中，所述复合正极材料的比表面积为20m²/g～50m²/g。