[发明专利]一种高电导率磷酸铁锂材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电导率磷酸铁锂材料及其制备方法，(1)将磷酸铁锂与石墨烯浆料、气相生长碳纤维VGCF或碳纳米管、含有贵金属的前躯体，在水溶液中进行充分混合，然后通过流延法或喷雾法干燥；(2)将干燥后的材料在氮气气氛、400‑900℃的条件下进行高温烧结4‑24h，后获得高电导率磷酸铁锂材料。本发明采用的复合方法，综合利用了石墨烯的高导电性、碳纤维的桥架作用和贵金属的极高导电能力，使磷酸铁锂材料的本体电导率达到1S/cm的量级，大大降低了正极材料颗粒之间的接界电阻，这样可以大幅度降低电池的内阻，从而大幅度提高磷酸铁锂电池体系的高倍率放电性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备领域，尤其涉及一种高电导率磷酸铁锂材料及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)是当前社会广泛应用的正极材料，由于其安全性极好，被认为是今后电动汽车首选正极材料。但是由于磷酸铁锂材料电导率低(材料的本体电导率只有10^-9S/cm)，倍率性能不好，应用受到了一定的限制。

如何改善磷酸铁锂材料的电导率，是目前科学界和产业界一直关注的课题。目前，一般的技术是通过在磷酸铁锂中加入葡萄糖，通过高温煅烧后形成裂解碳，包覆在磷酸铁锂材料的表面，形成导电层。但是，导电层又会显著降低磷酸铁锂材料的密度，减小电池体系的比能量。另外，碳裂解达到的电导率也比较低(一般为10^-4-10^-2S/cm)。为此，随着我国在电动汽车和储能领域越来越多的应用磷酸铁锂，对提高磷酸铁锂材料的电导率提出了迫切的要求。

石墨烯是近年出现的新材料体系。当石墨片层降低到单分子层或几个分子层时，具有一系列的新的物理特征，例如高电导率、高量子输运率等。很多学者和企业界人士一直希望将石墨烯应用于锂离子电池。但单纯将石墨烯和磷酸铁锂混合，效果并不好，无论是电导率还是电化学容量都没有多少提高。主要的原因是，石墨烯采用常规方法与磷酸铁锂混合后，只能通过范德华力实现结合，石墨烯与磷酸铁锂之间的电子输运很差，仅能通过少量的接触点进行电荷输运，这样就很难发挥石墨烯高电导率的优势。如果想发挥石墨烯和磷酸铁锂的协同效应，必须大量增加石墨烯和磷酸铁锂的接触点。这样，磷酸铁锂的倍率性能才会得到提高。

气相生长碳纤维(VGCF)或碳纳米管，属于一维结构的碳材料，目前已经应用于电池体系，用于在电池活性物质材料之间形成桥架，从而增加导电通道，这样就可以通过减小颗粒之间的界面阻抗来提高材料体系的电导率。气相生长碳纤维(VGCF)一般是通过甲烷裂解的方法制造，直径一般在100nm以上，最常用的材料，直径在1um左右。碳纳米管一般直径在100nm之下，导电能力更强，但成本也更高。

一些含有贵金属的前躯体，一般为可以高温分解，或者并通过后续的热处理过程，得到具有极高高电导率的单质贵金属。例如铂氯酸(H₂PtCl₆·6H₂O)可以通过以下途径，在高温直接分解出金属Pt：

硝酸银(AgNO₃)可以在还原气氛下形成金属银：

形成的贵金属可以具有极高的导电性，可以显著提高正极材料体系的电导率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高电导率磷酸铁锂材料及其制备方法，通过多种导电材料和机制的复合，有效解决磷酸铁锂材料电导率差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高电导率磷酸铁锂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将磷酸铁锂与石墨烯浆料、气相生长碳纤维VGCF或碳纳米管、含有贵金属的前躯体，在水溶液中进行充分混合，然后通过流延法或喷雾法干燥；