[发明专利]复合材料及制备方法、电池正极材料和电池

说明书

本发明提供了一种复合材料及制备方法、电池正极材料和电池，涉及电池技术领域，所述复合材料为空心微球结构，所述空心微球包括外壳和空腔，所述外壳包含硅酸铁锂和碳，缓解了现有的硅酸铁锂作为正极活性物质制成的电池的比容量低，电池倍率性能差的技术问题，本发明提供的复合材料不仅能够通过硅酸铁锂和碳相互协同，提高导电性能；而且能够通过空腔为材料在循环过程中的体积变化提供缓冲空间，使材料不容易塌陷或脱落，从而提高电池的循环性能和容量；同时还能通过空心微球结构，增大材料的比面积，以增大材料与电解液的接触面积，从而改善电池的倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种复合材料及制备方法、电池正极材料和电池。

背景技术

聚阴离子型正极材料Li_xMXO₄(M代表过渡金属元素，X代表磷、硅或硫，x为正数)具有环境友好、成本低廉、安全性好、比容量高、循环稳定性好等优点，其中LiFePO₄已经成功商业化并成为当前应用中最为重要的正极材料之一。然而，磷酸铁锂目前的实际比容量已经接近其理论比容量极限，很难再有较大程度的提升。因此近年来，人们不断寻找新一代的锂离子电池正极材料来提升电池的性能。

硅酸铁锂(Li₂FeSiO₄)的理论比容量高达332mAhg^-1，是一类新型的阴离子型锂离子正极材料，其具有类似于LiFePO₄的特征，化学结构中具有稳定的Si-O键，在充放电过程中可以保持晶体结构的稳定，具有非常好的安全性和热稳定性。另外，Fe和Si都是地壳中十分丰富的元素，因此合成Li₂FeSiO₄材料的原料来源广泛，在锂离子动力电池方面极具应用前景。但是硅酸铁锂的电子电导率和离子迁移率较低，导致其作为正极活性物质制成的电池的实际比容量远低于理论比容量，电池倍率性能较差，限制了硅酸铁锂应用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种复合材料，以缓解了现有的硅酸铁锂作为正极活性物质制成的电池的实际比容量远低于理论比容量，电池倍率性能较差，限制了硅酸铁锂应用的技术问题。

本发明提供了一种复合材料，所述复合材料为空心微球结构，所述空心微球包括外壳和空腔，所述外壳包含硅酸铁锂和碳。

进一步的，所述外壳的外径为1-10μm，所述外壳的内径为0.1-5μm，所述外壳的壁厚为0.1-3μm。

进一步的，所述外壳中碳含量为1-10wt％。

本发明的目的之二在于提供一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)提供SiO₂溶胶和含有C元素单体的溶液，并使其形成含有SiO₂溶胶和聚合物的实心微球；

(b)将所述实心微球与锂盐、铁盐混合后，进行烧结，得到具有空心微球结构的复合材料，其中，所述空心微球包括外壳和空腔，所述外壳包含硅酸铁锂和碳；

优选地，在步骤(b)中，锂盐(以Li的摩尔量计)、铁盐(以铁的摩尔量计)和实心微球(以硅的摩尔量计)的摩尔比为2-3:1:1。

进一步的，所述聚合物为共聚物，所述单体包括第一单体和第二单体；

优选地，在步骤(a)中，先将SiO₂溶胶分散在第一单体的溶液中，然后加入第二单体进行共聚，得到含有SiO₂和共聚物的实心微球，其中，所述第一单体和/或所述第二单体中含有C元素。

所述第一单体选自尿素、三聚氰胺、苯酚、间苯二酚和3-氨基苯酚中的至少一种；