[发明专利]多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料、其制备方法及以其为正极材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂复合材料、制备方法及以其为正极材料的锂离子电池。

背景技术

磷酸铁锂电池具有安全性好，循环寿命长，环境友好等优点，是驱动电动汽车的理想电源体系。但目前的磷酸铁锂电池在高倍率性能方面，还难以满足纯电动车和插电式混合电动车对电池快速充电的要求，制约了电动汽车产业的发展。

石墨稀导电性好，比表面积大，具有突出的超级电容性质，若能利用多层石墨稀的纳米层状结构，将磷酸铁锂材料复合到多层石墨稀的层间，制备出多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料和以此为正极材料的混合储能电池，在电池快速充放电时石墨稀的超级电容性质能够分担电流，使混合储能电池既具有高能量密度又具有高功率密度，能够满足纯电动车和插电式混合电动车对电池快速充电的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有磷酸铁锂材料导电性差，以其为正极材料的锂离子电池大倍率充放电性能差的问题，本发明提供了一种多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料、其制备方法及以其为正极材料的锂离子电池。

本发明的多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料，是通过将多层石墨烯、三价铁盐、磷源化合物、锂源化合物和有机小分子碳源采用流变相法制得复合前驱体，再将复合前驱体烧结得到的，其中，三价铁盐中的Fe与磷源化合物中的P的摩尔比为1∶1，锂源化合物中的Li与磷源化合物中的P的摩尔比为1～1.1∶1，有机小分子碳源与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.4～0.8∶1，多层石墨烯与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.005～0.3∶1。

本发明的多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料的制备方法，是通过以下步骤实现的：一、按Fe、P和Li的摩尔比为Fe∶P∶Li＝1∶1∶1～11的比例称取三价铁盐、磷源化合物和锂源化合物，按有机小分子碳源与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.4～0.8∶1的比例称取有机小分子碳源，按多层石墨烯与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.005～0.3∶1的比例称取多层石墨烯；二、将步骤一称取的三价铁盐、磷源化合物、锂源化合物、有机小分子碳源和多层石墨烯的混合得混合物，然后向混合物中加入去离子水，再超声波搅拌2～4小时得到分散液，其中，去离子水质量是混合物质量的5～10倍；三、将步骤二得到的分散液置于50～100℃的温度下搅拌使生成的流变体浸入到多层石墨稀的层间形成插层复合物，然后将插层复合物干燥至恒重制得复合前驱体；四、将步骤三得到的复合前驱体研磨得粉体，然后将粉体置于惰性气体和/或还原性气体的保护气氛炉中预分解得中间产物，控制预分解温度为200～300℃，预分解时间为2～4小时；五、将步骤四得到的中间产物置于惰性气体和/或还原性气体的保护气氛炉中煅烧，然后冷却至室温得到煅烧产物，其中，煅烧温度为550～650℃，煅烧时间为5～12小时；六、将步骤五的煅烧产物粉碎分选，即得多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料。

本发明步骤三中所述流变体是指在应力的作用下，产生流动与变形的物体。本实施方式中形成的流变体要求具有固体粒子和液体物质分布均匀、接触紧密，热交换良好的特点。

本发明以多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料为正极材料的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔离膜和铝塑复合膜，所述隔离膜位于正极片和负极片之间，铝塑复合膜包裹在正极片、负极片和隔离膜的外周，其中，正极片由正极集流体和正极浆料制造而成，所述正极浆料按质量百分比由80％～95％的多层石墨烯/磷酸铁锂插层复合材料、2％～10％的导电剂和3％～10％的粘结剂聚偏氟乙烯组成，正极浆料在正极集流体表面的涂布面密度为50～200g/m²。