[发明专利]一种金属氟化物/多孔碳复合正极材料及包括其的正极片和电池

说明书

本发明提供一种金属氟化物/多孔碳复合正极材料及包括其的正极片和电池，所述金属氟化物/多孔碳复合正极材料中的金属氟化物是通过原位生成的方法获得的，其与表面复合的多孔碳牢固结合，改善了金属氟化物电子导电性差的问题，由其制备得到的电池展现了优异的循环性能。另外，本发明还提供了所述正极材料的制备方法与应用。

技术领域

本发明属于二次电池正极材料领域，涉及一种金属氟化物/多孔碳复合正极材料及包括其的正极片和电池。

背景技术

锂离子电池是二次电池中的典型代表，其具有比容量高、循环性能好、功率密度高以及环境友好等优点，在消费电子器件、电动汽车、能源储存等领域得到了广泛的应用。但是现有的电池体系中的能量密度已经接近其理论极限，仍然难以满足实际场景中对于续航、安全等方面日益增长的需求。亟待发展一种新型的电池材料体系，使电池的相关性能得到显著提升。

与传统插层式正极材料的单电子反应的嵌入脱出机制相比，基于转换反应的正极材料可以进行多电子转移，从而实现更高的能量密度。金属氟化物是转换型正极材料的代表，其具有理论比容量高、电压平台高、热稳定性好、低成本、环境友好等优点。

然而，金属氟化物作为二次电池用正极材料时也存在一些问题。由于其含有电负性较强的氟离子，同时由键能较强的金属-氟的离子键相结合，使得材料本身表现出电绝缘性和在电解液中微量的溶解性，从而导致正极材料的倍率性能较差。同时在相转换反应的过程中，金属氟化物本身会发生较大的体积膨胀，材料粉化并脱离极片，使得循环性能变差。

为了改善金属氟化物存在的问题，现有的技术方案通常是将其与高导电性材料进行复合，如将金属氟化物复合到活性炭粉末的孔洞中，或者将金属氟化物复合到还原性氧化石墨烯表面等等。但是，在上述技术方案中，由于金属氟化物与导电材料之间的分散均匀性问题，导致制备得到的电池在长期循环过程中，金属氟化物极易粉化并从正极片中脱离，造成性能衰减。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供了一种金属氟化物/多孔碳复合正极材料及包括其的正极片和电池，所述金属氟化物/多孔碳复合正极材料中的金属氟化物是通过原位生成的方法获得的，其与表面复合的多孔碳牢固结合，改善了金属氟化物电子导电性差的问题，由其制备得到的电池展现了优异的循环性能。另外，本发明还提供了所述正极材料的制备方法与应用。

具体的，本发明提供如下技术方案：

一种金属氟化物/多孔碳复合正极材料，所述复合正极材料包括金属氟化物和多孔碳，所述多孔碳包覆在金属氟化物表面，所述多孔碳含有孔洞结构，所述多孔碳的孔隙率P满足1％≤P≤60％。

根据本发明的实施方式，所述多孔碳是由聚合物高温碳化得到；示例性地，所述多孔碳是由第一类聚合物和第二类聚合物高温碳化得到，其中，第一类聚合物形成孔洞结构，第二类聚合物形成碳材料。

根据本发明的实施方式，所述多孔碳的孔隙率P即为孔体积与碳层体积之比，可以通过质量比进行换算得到。

根据本发明的实施方式，所述多孔碳的孔隙率P满足10％≤P≤60％，所述多孔碳的孔隙率P为10％、20％、30％、40％、50％、60％或上述两两点值组成的范围中的任意点值。

根据本发明的实施方式，所述金属氟化物中的金属元素为铁、铜、钴、镍、锰、铝、钛和铈中的一种或多种。

根据本发明的实施方式，所述多孔碳的包覆方式可以是全包覆，也可以是部分包覆。

根据本发明的实施方式，所述复合正极材料中，金属氟化物和多孔碳之间以物理方式结合。

根据本发明的实施方式，所述金属氟化物和所述多孔碳的摩尔比为(30～80):1，例如为30:1、40:1、50:1、60:1、70:1或80:1。

根据本发明的实施方案，所述金属氟化物呈颗粒状或呈纤维状。