[实用新型]一种锂电池及其正极和三维导电网络结构

说明书

技术领域

本实用新型属于电池结构领域，具体一种锂电池及其正极和三维导电网络结构。

背景技术

磷酸铁锂（LFP，分子式为LiFePO₄）自1997年首次被报道用于锂离子电池正极材料以来，被证明其具有理论容量高（170mAh·g^-1）、循环性能好（可循环使用超过2000次）、工作电位适中（3.4Vvs.Li⁺/Li）、环境友好、安全性高以及价格低廉等优点，是新一代锂离子电池理想的正极材料之一。但是其电子导电性差和锂离子迁移速率慢的缺点影响了其倍率性能，并严重限制了其在电池行业的应用。人们尝试通过减小粒径缩短锂离子传输距离、包覆导电性薄膜或掺杂高价离子增强其电子导电性等途径来解决上述问题。然而，减小粒径造成振实密度降低，导致其体积容量降低。包覆导电层虽能提供电子传递通道，但对导电性的改善也是有限的。因为，如果包覆量太少，LFP分子之间无法形成有效连续导电网络；而包覆量过大则同样会导致比容量和振实密度的降低。碳包覆是目前改善LFP导电性最常用的方法。研发一种比较理想的包覆结构，以增加电池正极的导电性和锂离子迁移速率，对于磷酸铁锂电池的推广运用具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，性能良好的3D导电网络结构，将其用于电池正极可显著提高导电性和锂离子迁移速率。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种用于锂电池正极的三维导电网络结构，包括颗粒状的正极材料基元，电化学剥离氧化石墨（ECGO）连接件和碳包覆膜，所述ECGO结合在所述正极材料表面形成正极材料/ECGO复合物，所述碳包覆膜包覆在正极材料/ECGO复合物外围形成三维导电网络结构。所述正极材料为磷酸铁锂（LFP）。该结构中ECGO和碳层与LFP建立了充分的连接，就形成了一种3D导电网络，极大地提高了LFP的电子传输速率。

作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述ECGO连接件具有近球形结构。近球形的ECGO还可以在近邻的LFP之间形成连接，为电子传输增加了通道。

作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述ECGO以原位生长的方式连接在LFP基元外围。

作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，多个电化学剥离氧化石墨（ECGO）连接件均匀分布在所述正极材料基元外围。

作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述正极材料基元呈米粒状。

作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述三维导电网络结构呈颗粒状。

作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，每个三维导电网络结构颗粒中由碳包覆膜包裹有多个正极材料基元。

作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，多个正极材料基元之间通过电化学剥离氧化石墨（ECGO）连接件相互连通。

本实用新型还提供了一种锂电池的正极，其特征在于，含有上述任意一个所述的三维导电网络结构。进一步的，所述三维导电网络结构被压制成片状。

本实用新型还提供了一种锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液、外壳和密封材料，所述隔膜将正负极隔开，所述电解液填充于正负极之间，所述正极为上述的任意一种锂电池正极。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所述的三维导电网络结构中，ECGO和碳层与LFP建立了充分的连接，形成了一种3D导电网络，极大地提高了LFP的电子传输速率。所述3D导电网络结构的体电阻率﹤0.2kΩcm，采用本实用新型所述的3D导电网络结构制成LFP正极用于装配锂离子扣式电池能达到如下性能指标：0.1C比容量≥160mAh·g^-1，1C比容量≥150mAh·g^-1；循环充放电3000次，常温放电容量高于80%；支持常温50C以上倍率放电，-20℃环境20C以上倍率放电，-20℃环境放电容量不低于常温放电容量的80%。

附图说明

图1为本实用新型所述三维导电网络结构的示意图；

图2所述锂电池的结构示意图。

其中，1为正极材料基元，2为电化学剥离氧化石墨（ECGO）连接件，3为碳包覆膜，21为正极，22为负极，23为隔膜，24为电解液，25为外壳。

具体实施方式