[发明专利]磷酸铁锂复合材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂复合材料，包括磷酸铁锂和非连续地包覆在磷酸铁锂表面的石墨烯，磷酸铁锂复合材料的粒径为35nm‑10μm，振实密度为1.01‑1.05g/cm³。本发明还提供了一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括：将磷酸铁锂或磷酸铁锂前驱体以5‑30℃/min的速率升温至500‑800℃进行第一次烧结，烧结时间为10‑24h；烧结结束后，冷却至室温；将第一次烧结后的材料以2‑20℃/min的速率升温至500‑800℃进行第二次烧结，升温过程中通入含氧有机物和水汽，在材料表面非连续地包覆石墨烯，烧结时间为6‑18h；烧结结束后，冷却至室温，得到磷酸铁锂复合材料。所述制备方法工艺简单。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种磷酸铁锂复合材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池正极材料主要包括磷酸铁锂和三元材料，其中由于磷酸铁锂具有稳固的P-O键，难以分解，即使在高温或过充条件下，结构也不会发生坍塌，具有良好的循环性能和安全性，从而具有广阔的应用前景。但其组成的电池系统能量密度较低，限制了其在动力电池中的应用。

为了提高磷酸铁锂电池的能量密度，则需要提高磷酸铁锂磷酸铁锂的容量、电压平台或压实密度，但目前市场上磷酸铁锂容量和电压平台已经接近其理论值，可提升空间不大，因此可通过提高磷酸铁锂磷酸铁锂的压实密度以提高其能量密度。传统的高压实磷酸铁锂虽然其压实密度高，但其容量低、倍率性较差。

因此，有必要提供一种压实密度、容量和倍率性均优异的磷酸铁锂材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种压实密度、容量和倍率性均优异的磷酸铁锂复合材料，同时提供了所述磷酸铁锂复合材料的制备方法和锂离子电池。

本发明第一方面提供了一种磷酸铁锂复合材料，所述磷酸铁锂复合材料包括磷酸铁锂和非连续地包覆在所述磷酸铁锂表面的石墨烯，所述磷酸铁锂复合材料的粒径为35nm-10μm，振实密度为1.01-1.05g/cm³。

其中，所述石墨烯的层数为2-10层。

其中，所述石墨烯与所述磷酸铁锂的质量比为0.1％-10％。

本发明第一方面提供的磷酸铁锂复合材料，石墨烯非连续、紧密地包覆在磷酸铁锂表面，形成的磷酸铁锂复合材料形貌规整，晶相排列紧密，振实密度较高，同时所述磷酸铁锂复合材料容量和倍率性均优异，由此形成的锂离子电池的能量密度较高。

本发明第二方面提供了一种磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供磷酸铁锂或磷酸铁锂前驱体；

将所述磷酸铁锂或所述磷酸铁锂前驱体以5-30℃/min的速率升温至500-800℃进行第一次烧结，烧结时间为10-24h；第一次烧结结束后，冷却至室温；

将第一次烧结后的材料以2-20℃/min的速率升温至500-800℃进行第二次烧结，升温过程中通入含氧有机物和水汽，在所述第一次烧结后的材料表面非连续地包覆石墨烯，烧结时间为6-18h；第二次烧结结束后，冷却至室温，得到磷酸铁锂复合材料；

所述磷酸铁锂复合材料包括磷酸铁锂和非连续地包覆在所述磷酸铁锂表面的石墨烯，所述磷酸铁锂复合材料的粒径为35nm-10μm，振实密度为1.01-1.05g/cm³。

其中，所述第一次烧结过程中，以10-30℃/min的速率升温至600-800℃，烧结时间为10-16h；和/或所述第二次烧结过程中，以5-20℃/min的速率升温至500-700℃，烧结时间为8-12h。

其中，所述第一次烧结过程中，升温过程中通入含氧有机物和水汽。