[发明专利]一种复合正极材料及其制备方法和电化学储能装置

说明书

本发明提供一种复合正极材料及其制备方法和电化学储能装置。所述复合正极材料包括铁酸锂以及包覆在铁酸锂表面的导电有机化合物层；所述导电有机化合物层中的导电有机化合物为稠环芳烃。本发明利用稠环芳烃在铁酸锂表面发生碳化形成无定形碳，能够减少水分与铁酸锂材料的直接接触，同时部分芳环化合物由于温度过高而碳化成无定形碳，而部分未碳化的稠环芳烃保留芳环结构，稳定保留在铁酸锂粉料的表面。而稠环芳烃同样具有电子导电性，同时能够隔开水分与铁酸锂材料，进而有效的提高铁酸锂的实际应用性能。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法和电化学储能装置。

背景技术

为了解决铁酸锂铁酸锂粉料容易与水发生副反应，从而导致铁酸锂材料的充电容量严重损失。研究人员为了解决铁酸锂材料在空气中暴露会吸收水分的问题，因此利用在铁酸锂表面包覆一层无定形碳层，来隔绝铁酸锂与环境中水分直接接触，进而减少水分对铁酸锂粉料产生破坏，同时，在铁酸锂材料表面包覆一层无定形碳层能够提高铁酸锂粉料的导电性能，有利于充放电过程中铁酸锂中锂离子的脱出。

现有技术公开了直接将铁酸锂与石墨直接混合研磨，将石墨包覆于铁酸锂表面，但是这种方法包覆程度的均匀性不好；还有利用甲烷和乙烷等烷烃类气体在铁酸锂粉料表面进行化学气相沉积，在其表面形成一层均匀的碳层，但纯烷烃类气体的成本较高，不利于大规模地包覆应用；现有技术还公开了采用水热法，将锂源、碳源以及糖类等有机碳源混合均匀后进行煅烧，利用有机物在铁酸锂表面发生碳化来进行碳包覆，但该方法容易导致表面碳将铁酸锂中三价铁还原，而对铁酸锂造成容量损失。

因此，在本领域中，期望开发一种正极材料，不仅能够提高铁酸锂材料在空气中的稳定性，同时制备方法简单，成本低廉，并且制备得到的锂离子电池具有良好的电化学性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法和电化学储能装置。本发明利用稠环芳烃在铁酸锂表面发生碳化，在生成无定形碳的同时，保留了稠环芳烃的导电高分子结构，起到对铁酸锂材料的双重保护的作用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合正极材料，所述复合正极材料包括铁酸锂以及包覆在铁酸锂表面的导电有机化合物层；

所述导电有机化合物层中的导电有机化合物物为稠环芳烃。

本发明利用稠环芳烃在铁酸锂表面发生高温碳化过程中除了生成无定形碳分子外，未碳化部分保留碳碳双键以及生成碳碳三键的具有导电性的有机大分子结构，吸附在铁酸锂颗粒表面，这样的无定形碳与导电有机大分子共同形成的结构有利于提高铁酸锂颗粒的导电性，并有利于防止水分子对于铁酸锂材料的破坏，能够减少水分与铁酸锂材料的直接接触。而稠环芳烃同样具有电子导电性，同时能够隔开水分与铁酸锂材料，进而有效的提高铁酸锂的实际应用性能。

优选地，所述稠环芳烃包括萘、蒽、菲或茚并(1,2,3-cd)芘中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为萘和蒽、菲或茚并(1,2,3-cd)芘，但不限于所列举的种类，稠环芳烃范围内未列举的种类同样适用。

优选地，所述复合正极材料中导电有机化合物层的质量百分含量为1～5％，例如可以为1％，2％，3％，4％，5％。

在本发明中，利用调整所述复合正极材料中导电有机化合物层的质量百分含量，使得铁酸锂表面被包覆完全并且具有良好的电化学性能，所述复合正极材料中导电有机化合物层的质量百分含量过低则会包覆不完全，反之则会导致包覆层过厚，阻碍锂离子的传输。

第二方面，本发明提供了一种制备第一方面所述的复合正极材料的方法，所述方法包括以下步骤：

将锂源和铁源进行混合，煅烧后得到铁酸锂粉料，而后将铁酸锂粉料和稠环芳烃进行二次混合，二次煅烧后得到所述复合正极材料。