一種鋰電池及其正極和三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電池結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體一種鋰電池及其正極和三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸鐵鋰(LFP，分子式為L(zhǎng)iFePO4)自1997年首次被報(bào)道用于鋰離子電池正極材料以來(lái)，被證明其具有理論容量高(170 mAh.g 1X循環(huán)性能好(可循環(huán)使用超過(guò)2000次)、工作電位適中(3.4 V K5.Li+/Li)、環(huán)境友好、安全性高以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池理想的正極材料之一。但是其電子導(dǎo)電性差和鋰離子迀移速率慢的缺點(diǎn)影響了其倍率性能，并嚴(yán)重限制了其在電池行業(yè)的應(yīng)用。人們嘗試通過(guò)減小粒徑縮短鋰離子傳輸距離、包覆導(dǎo)電性薄膜或摻雜高價(jià)離子增強(qiáng)其電子導(dǎo)電性等途徑來(lái)解決上述問(wèn)題。然而，減小粒徑造成振實(shí)密度降低，導(dǎo)致其體積容量降低。包覆導(dǎo)電層雖能提供電子傳遞通道，但對(duì)導(dǎo)電性的改善也是有限的。因?yàn)椋绻擦刻?，LFP分子之間無(wú)法形成有效連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；而包覆量過(guò)大則同樣會(huì)導(dǎo)致比容量和振實(shí)密度的降低。碳包覆是目前改善LFP導(dǎo)電性最常用的方法。研發(fā)一種比較理想的包覆結(jié)構(gòu)，以增加電池正極的導(dǎo)電性和鋰離子迀移速率，對(duì)于磷酸鐵鋰電池的推廣運(yùn)用具有重要意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，性能良好的3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將其用于電池正極可顯著提高導(dǎo)電性和鋰離子迀移速率。
[0004]本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]一種用于鋰電池正極的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括顆粒狀的正極材料基元，電化學(xué)剝離氧化石墨(ECGO)連接件和碳包覆膜，所述ECGO結(jié)合在所述正極材料表面形成正極材料/ECGO復(fù)合物，所述碳包覆膜包覆在正極材料/ECGO復(fù)合物外圍形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所述正極材料為磷酸鐵鋰(LFP)。該結(jié)構(gòu)中ECGO和碳層與LFP建立了充分的連接，就形成了一種3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，極大地提高了 LFP的電子傳輸速率。
[0006]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述ECGO連接件具有近球形結(jié)構(gòu)。近球形的ECGO還可以在近鄰的LFP之間形成連接，為電子傳輸增加了通道。
[0007]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述ECGO以原位生長(zhǎng)的方式連接在LFP基元外圍。
[0008]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，多個(gè)電化學(xué)剝離氧化石墨(ECGO)連接件均勻分布在所述正極材料基元外圍。
[0009]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述正極材料基元呈米粒狀。
[0010]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈顆粒狀。
[0011]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顆粒中由碳包覆膜包裹有多個(gè)正極材料基元。
[0012]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，多個(gè)正極材料基元之間通過(guò)電化學(xué)剝離氧化石墨(ECGO)連接件相互連通。
[0013]本實(shí)用新型還提供了一種鋰電池的正極，其特征在于，含有上述任意一個(gè)所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，所述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被壓制成片狀。
[0014]本實(shí)用新型還提供了一種鋰電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液、外殼和密封材料，所述隔膜將正負(fù)極隔開(kāi)，所述電解液填充于正負(fù)極之間，所述正極為上述的任意一種鋰電池正極。
[0015]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果:
[0017]本實(shí)用新型所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，ECGO和碳層與LFP建立了充分的連接，形成了一種3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，極大地提高了 LFP的電子傳輸速率。所述3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的體電阻率<0.2 kQ cm，采用本實(shí)用新型所述的3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)制成LFP正極用于裝配鋰離子扣式電池能達(dá)到如下性能指標(biāo):0.1 C比容量彡160 mAh.g \ I C比容量彡150 mAh.g S循環(huán)充放電3000次，常溫放電容量高于80%;支持常溫50 C以上倍率放電，-20°C環(huán)境20 C以上倍率放電，-20°C環(huán)境放電容量不低于常溫放電容量的80%。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型所述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0019]圖2所述鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中，I為正極材料基元，2為電化學(xué)剝離氧化石墨(ECGO)連接件，3為碳包覆膜，21為正極，22為負(fù)極，23為隔膜，24為電解液，25為外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本實(shí)用新型的內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型作出一些非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]如圖1所示，一種用于鋰電池正極的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括顆粒狀的正極材料基元I，電化學(xué)剝離氧化石墨(ECGO)連接件2和碳包覆膜3，所述ECGO連接件2結(jié)合在所述正極材料基元I表面形成正極材料/ECGO復(fù)合物，所述碳包覆膜3包覆在正極材料/ECGO復(fù)合物外圍形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所述正極材料為磷酸鐵鋰(LFP)。該結(jié)構(gòu)中ECGO和碳層與LFP建立了充分的連接，就形成了一種3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，極大地提高了 LFP的電子傳輸速率。
[0024]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述ECGO連接件2具有近球形結(jié)構(gòu)。近球形的ECGO還可以在近鄰的LFP之間形成連接，為電子傳輸增加了通道。
[0025]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述ECGO連接件2以原位生長(zhǎng)的方式連接在LFP基元外圍。
[0026]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，多個(gè)電化學(xué)剝離氧化石墨(ECGO)連接件2均勻分布在所述正極材料基元外圍。
[0027]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述正極材料基元I呈米粒狀。
[0028]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈顆粒狀。
[0029]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顆粒中由碳包覆膜3包裹有多個(gè)正極材料基元I。
[0030]作為可選方式，在上述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，多個(gè)正極材料基元I之間通過(guò)電化學(xué)剝離氧化石墨(ECGO)連接件2相互連通。
[0031]對(duì)上述任意一種三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻率測(cè)試，結(jié)果顯示其電阻率< 0.2k Ω cm ；
[0032]將上述任意一種三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與粘合劑、導(dǎo)電劑混勻后壓制成電極片作為正極21，以金屬鋰作為負(fù)極22，以聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯復(fù)合薄膜作為隔膜23，以六氟磷酸鋰溶液作為電解液24，采用扣式電池外殼25和密封材料，組裝成2032扣式電池，如圖2所示。在2.2-4.2V電壓范圍內(nèi)測(cè)試其充放電容量和倍率性能，結(jié)果顯示:所得扣式電池，0.1C比容量彡160 mAh.g \ I C比容量彡150 mAh.g %循環(huán)充放電3000次，常溫放電容量高于80% ;支持常溫50 C以上倍率放電，-20°C環(huán)境20 C以上倍率放電，-20 °C環(huán)境放電容量不低于常溫放電容量的80%。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型而言?xún)H是說(shuō)明性的，而非限制性的；本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在本實(shí)用新型所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于鋰電池正極的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括顆粒狀的正極材料基元，電化學(xué)剝離氧化石墨ECGO連接件和碳包覆膜，所述ECGO結(jié)合在所述正極材料表面形成正極材料/ECGO復(fù)合物，所述碳包覆膜包覆在正極材料/ECGO復(fù)合物外圍形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述ECGO連接件具有近球形結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個(gè)電化學(xué)剝離氧化石墨ECGO連接件均勾分布在所述正極材料基元外圍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述正極材料基元呈米粒狀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈顆粒狀。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顆粒中由碳包覆膜包裹有多個(gè)正極材料基元。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個(gè)正極材料基元之間通過(guò)電化學(xué)剝離氧化石墨ECGO連接件相互連通。8.一種鋰電池的正極，其特征在于，含有權(quán)利要求1~7中任意一個(gè)所述的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述鋰電池的正極，其特征在于，所述正極中的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體被壓制成片狀。10.一種鋰電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液、外殼和密封材料，所述隔膜將正負(fù)極隔開(kāi)，所述電解液填充于正負(fù)極之間，所述正極為權(quán)利要求8所述的鋰電池正極。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種鋰電池及其正極和三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，屬于電池結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。所述三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括顆粒狀的正極材料基元，電化學(xué)剝離氧化石墨（ECGO）連接件和碳包覆膜，所述ECGO結(jié)合在所述正極材料表面形成正極材料/ECGO復(fù)合物，所述碳包覆膜包覆在正極材料/ECGO復(fù)合物外圍形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中ECGO和碳層與LFP建立了充分的連接，形成了一種3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，極大地提高了LFP的電子傳輸速率。
【IPC分類(lèi)】H01M4/13, H01M4/36, H01M10/0525
【公開(kāi)號(hào)】CN204760480
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520299193
【發(fā)明人】張永志, 肖丹, 郭勇, 王強(qiáng), 黃建新, 王雋, 李玲琛
【申請(qǐng)人】德陽(yáng)威旭鋰電科技有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日