[发明专利]复合材料及其制备方法、正极材料、正极极片、电极组件、电池单体及其制备方法

说明书

本申请提供一种复合材料及其制备方法、正极材料、正极极片、电极组件、电池单体及其制备方法，属于电池技术领域。复合材料包括磷酸铁锂，以及包覆磷酸铁锂的氟化碳。以氟化碳包覆磷酸铁锂颗粒，在放电过程中，氟化碳可以和锂离子发生不可逆反应，生成氟化锂和碳，氟化锂和碳会形成混合包覆层包覆在磷酸铁锂颗粒表面，氟化锂可以作为离子导体，提高电极的离子导电率，碳可以作为电子导体，提高电极的电子导电率，从而改善磷酸铁锂自身电导率较差的问题。并且，氟化锂和碳形成的混合包覆层可以防止磷酸铁锂颗粒直接接触电解液，从而避免电解液中的氢氟酸腐蚀磷酸铁锂颗粒而导致过渡金属铁离子的溶解。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种复合材料及其制备方法、正极材料、正极极片、电极组件、电池单体及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锂是一种锂离子电池正极材料，其不仅可逆充放电比容量较高，同时又具有原料来源广泛、污染低、安全性好、循环寿命长等优势，是目前较为理想的锂离子电池正极材料。但是其自身结构导致了其电导率较低，无法实现高倍率充放电。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种复合材料及其制备方法、正极材料、正极极片、电极组件、电池单体及其制备方法，其能够改善磷酸铁锂自身导电率较低的问题。

第一方面，本申请提供了一种复合材料，包括磷酸铁锂，以及包覆磷酸铁锂的氟化碳。

本申请实施例的技术方案中，以氟化碳包覆磷酸铁锂颗粒，在放电过程中，氟化碳可以和锂离子发生不可逆反应，生成氟化锂和碳，氟化锂和碳会形成混合包覆层包覆在磷酸铁锂颗粒表面，氟化锂可以作为离子导体，提高电极的离子导电率，碳可以作为电子导体，提高电极的电子导电率，从而改善磷酸铁锂自身电导率较差的问题。并且，氟化锂和碳形成的混合包覆层可以防止磷酸铁锂颗粒直接接触电解液，从而避免电解液中的氢氟酸腐蚀磷酸铁锂颗粒而导致过渡金属铁离子的溶解，使得电解液中的铁离子含量保持较低水平，提高制得的电极材料的稳定性。

在一些实施例中，氟化碳中氟原子和碳原子的原子比为0.1～1.2:1。可选地，氟化碳中氟原子和碳原子的原子比为0.3～0.4:1。氟原子可以与锂离子结合生成氟化锂，提高电极的离子电导率，提高氟离子的含量有利于提升活化后电极的离子电导率。碳原子在反应后可以生成导电碳层，提高电极的电子电导率，提高碳原子的含量有利于提升活化后电极的电子电导率。选择合适的氟化碳中氟原子和碳原子的原子比有利于同时改善磷酸铁锂电极的离子电导率和电子电导率。

在一些实施例中，氟化碳和磷酸铁锂的质量比为0.1～20:100。可选地，氟化碳和磷酸铁锂的质量比为0.1～0.2:1。当氟化碳和磷酸铁锂的质量比较低时，会导致包覆磷酸铁锂颗粒的氟化锂和碳形成的混合包覆层的厚度较低，包覆层无法提供足量的导电剂，对制得的电池的电性能提升较少；当氟化碳和磷酸铁锂的质量比较高时，由于包覆层不但不含活性锂离子，还会在首次反应生成氟化锂和碳的过程中消耗锂离子，因此会导致磷酸铁锂正极活性材料的克容量降低，也即同等质量磷酸铁锂正极活性材料，有效磷酸铁锂的质量占比降低，从而损失所制备电池的能量密度。即选择合适的氟化碳和磷酸铁锂的质量比有利于生成足够的碳和氟化锂包覆在磷酸铁锂颗粒表面，从而降低电解液中的氢氟酸对磷酸铁锂颗粒的破坏，并且提高电池的容量保持率，降低电池阻抗。

在一些实施例中，复合材料的D_v50为1～50μm。选择合适粒径的复合材料有利于复合材料应用时的压实密度，从而提高活性物颗粒的电接触，从而提高电极的导电率。

第二方面，本申请提供了上述实施例中的复合材料的制备方法，其包括将氟化碳粉体和磷酸铁锂粉体混合，制得混合粉体，将混合粉体置于400℃～800℃下保温3h～8h。

本申请实施例的技术方案中，本申请的复合材料的制备方法简便，制得的复合材料稳定。

第三方面，本申请提供了一种正极材料，其包括上述实施例中的复合材料。