[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，本发明提供了具有三维连续立体导电网络结构磷酸铁锂正极材料的制备方法，即以三维连续立体导电网络结构的磷酸铁锂正极材料，取代目前仅依靠导电剂来提高导电性的局限，从而提高了磷酸铁锂正极材料的电子导电性和离子导电率，以期达到提高磷酸铁锂正极材料的放电比容量和高倍率充放电性能与循环性能，减少其不可逆容量，此方法制得的磷酸铁锂正极材料具有高的比容量、优良的循环性能、倍率性能和安全性能等特性，特别适合用作于锂离子动力电池的正极材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，尤其涉及一种具有三维连续立体导电网络结构磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料LiFePO4具有安全性能好、价格低廉、较高的比容量且充放电电压平台稳定、循环寿命长等优点。但由于LiFePO4自身较差的电子导电率和离子导电性使其高倍率性能差，而导致较低的实际比容量（实际比容量1C时为100 mAh/g左右，而理论比容量为170 mAh/g）和较低的工作电压（实际放电电压1C时为3.0V以下，而理论放电电压为3.4V），并且在大电流充放电过程中容量会迅速下降，从而限制了它的广泛使用。目前的广泛研究是对其进行表面包覆和体相掺杂等方法来改善它的电导率和离子扩散速率。

国内针对石墨烯在锂离子电池方面的专利不计其数，在磷酸铁锂方面的专利也很多，用石墨烯包覆改性磷酸铁锂导电性远优于有机碳；以及在石墨烯的基础上对石墨烯进行改性处理，专利（CN102569725A、CN107068990A、CN107180965A等）对石墨烯的进行氟化、多孔、氮掺杂等方法包覆改善磷酸铁锂，提高石墨烯包覆的均匀性，提高与电解液的相容性和结构稳定性；以及专利CN105226276A、CN106129405A、CN104134801A将纳米金属颗粒、金属氧化物、氮化物等协同石墨烯共同包覆掺杂改性磷酸铁锂，纳米粒子的介入，进一步加强磷酸铁锂的导电性和石墨烯分散性。以上这些方法大致都是以铁源、磷源、锂源为基础用水热法、球磨法、溶融法制备磷酸铁锂并在其表面包覆石墨烯复合材料形成三维导电网络结构，增强其导电性，在一定程度上改善磷酸铁锂的比容量、倍率性能、循环稳定性等电化学性能。

目前所有的发明中都没有涉及到从铁源中三价铁离子的转化率考虑，故本发明从这个角度出发，首先采用诱导锚定法获得活性催化纳米粒子石墨烯，再用新型高温固相催化合成法，在高温气氛炉中催化反应合成三维连续立体导电网络结构的石墨烯/LiFePO4正极材料，材料结晶性较好，加工性能与批次稳定优良。

名词解释：

功能化处理的石墨烯：指根据需要在石墨烯的表面上引入相应的功能团或小分子，有助于石墨烯作为增强体优良性能的发挥，其原理就是采用共价和非共价的方法对石墨烯表面的缺陷或基团进行修饰，赋予石墨烯某些新的性质，提高石墨烯溶解性、分散性以及使其更易加工和成型的重要方法。

发明内容

本发明正是为了克服锂离子电池正极材料LiFePO₄的放电比容量、高倍率性能、循环性能和不可逆容量较高及加工性能较差等缺陷，提供了具有三维连续立体导电网络结构磷酸铁锂正极材料的制备方法，即以三维连续立体导电网络结构的磷酸铁锂正极材料取代目前仅依靠导电剂来提高导电性的局限，从而提高了磷酸铁锂正极材料的电子导电性和离子导电率，以期达到提高磷酸铁锂正极材料的放电比容量和高倍率充放电性能与循环性能，减少其不可逆容量，此方法制得的磷酸铁锂正极材料具有高的比容量、优良的循环性能、倍率性能和安全性能等特性，特别适合用作于锂离子动力电池的正极材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下所示：

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、溶解功能化处理的石墨烯到分散介质中，形成悬浮液A；